Бензиновое топливо для автомобилей

Что такое автомобильные бензины, их состав и свойства

После изобретения и популяризации двигателя внутреннего сгорания бензин стал одним из главных продуктов, получаемых из нефти. Его качество и состав зависят не только от технологии производства, но и от места добычи нефти. Именно этот ценный ресурс в XX веке стал причиной многих войн и конфликтов. Каков же состав бензина и его характеристики? Попробуем разобраться в этой статье.

Что такое бензин

Бензином называют горючую смесь легких углеводородов с различными примесями. Температура кипения от 33°C до 205°C. Средняя плотность составляет 0,71 г/см 3 . Начало кристаллизации -60°C. Получают бензин путем переработки нефти и в основном используют в качестве моторного топлива. Смесь легко испаряется уже при температуре 30°C, а с ростом температуры этот процесс ускоряется.

Автомобильный бензин

Точную химическую формулу вывести сложно, так как это смесь углеводородов со следами серы, азота, кислорода и других соединений. Бензин имеет низкие детонационные свойства. Это одна из его важнейших характеристик, поскольку такие понятия, как октановое число, детонация и степень сжатия являются ключевыми в работе двигателя и топлива.

Разберем кратко понятия октанового числа и детонации, которые связаны между собой. Чем выше октановое число бензина, тем он устойчивее к детонации, то есть, способен гореть без взрыва при сжатии. Углеводород изооктан, входящий в состав, имеет антидетонационные свойства. Его значение берут за 100. Н-гептан легко взрывается и имеет значение 0. Соотношение этих углеводородов и образует октановое число.

Пример. Октановое число топлива равно 70. Значит, по детонационным свойствам оно эквивалентно смеси 70% изооктана и 30% н-гептана.

Получение и виды

Бензины и другие углеводороды (дизельное топливо, керосин и др.) получают путем перегонки нефти. Существует несколько способов получения фракций из нефти:

• прямая перегонка (ректификация);
• крекинг;
• риформинг.

Прямая перегонка

Прямая перегонка заключается в отборе разных фракций путем нагревания в определенных температурных пределах. Пары бензина собираются в верхней части колонны, а затем конденсируются и охлаждаются, образуя жидкий бензин. Ниже по уровню колонны получают фракции лигроина, керосина, солярового масла, а в самом нижнем остатке получается мазут.

Перегонка нефти

До 100°C получают I сорт, до 110°C – специальный, до 130°C – II сорт. Но получаемый таким образом бензин имеет низкое октановое число, как правило, не выше 65-70. Его доля составляет всего 5-15% от объема нефти.

В результате прямой перегонки получают также и дизельное топливо как смесь солярового масла и керосина. От бензина оно отличается узким фракционным составом и применяется в двигателях с воспламенением от сжатия, то есть, в дизельных. Способность воспламеняться под давлением и температурой – это главное свойство дизельного топлива. Для его характеристики используются не октановое, а цетановое число.

Крекинг

Название этого способа происходит от английского глагола «to crack» – «расщеплять», «раскалывать». Метод позволяет увеличить долю бензиновых фракций до 50-60%. В его основе лежат деструктивные методы, то есть, высокомолекулярные фракции расщепляются на фракции с низкомолекулярной массой. Разные группы углеводородов, такие как парафиновые, нафтеновые или ароматические, разлагаются с разной скоростью.

В свою очередь, крекинг-процесс может происходить двумя способами: расщепление под действием высокой температуры и расщепление в присутствии катализаторов (алюмосиликаты). Термический крекинг происходит под давлением и при температуре 470-500°C. Каталитический крекинг является более совершенным. Катализатор превращает часть непредельных углеводородов в предельные, тем самым повышается качество. Конечно, технологически эти процессы более сложны. Но даже при более совершенном каталитическом крекинге октановое число не выше 75-80.

Риформинг

Риформинг – это вид крекинга, где сырьем служат лигроины или низкооктановые бензины. Таким способом увеличивают октановое число после прямой перегонки нефти или после термического или каталитического крекинга. Получают бензины с октановым числом 95-98, а с добавлением этиловой жидкости (спиртов) доводят до 100 и выше. Это также сложный технологический процесс, имеющий несколько видов.

Свойства бензинов

Как уже говорилось, бензины имеют высокую летучесть и легко воспламеняются. Наряду с устойчивостью к детонации, эти характеристики также относятся к основным. По физико-химическим параметрам бензины должны обладать следующими свойствами:

• смесь должна быть однородной, с правильным соотношением легких и тяжелых фракций и присадок;
• детонационная стойкость;
• давление насыщенных паров. Это свойство связано с испаряемостью. Чем выше давление насыщенных паров, тем выше его летучесть. Летние бензины обладают более низким давлением паров. Как правило, это свойство обеспечивается добавлением бутана;
• плотность должна быть в пределах 0,69-0,75 г/см 3 ;
• умеренная вязкость, чтобы не затруднять протекание смеси через форсунки. Вязкость может меняться от температуры;
• испаряемость или летучесть – одно из ключевых свойств. Другими словами, это скорость перехода бензина из жидкого состояния в газообразное. От испаряемости зависит обеспечение пуска двигателя при низких температурах и другое;
• способность выдерживать низкие температуры. Бензин не замерзает до -60°С, при добавлении специальных присадок этот параметр можно довести до -71°С;
• сгорание бензина. Это свойство подразумевает интенсивность взаимодействия углеводородов с кислородом при смешивании и количества тепла, выделяемого при сгорании.

Маркировка автомобильных бензинов

Маркировка состоит из буквенных и цифровых символов. Например, АИ-95 или А-90. Буквы указывают на метод определения октанового числа. Он бывает двух видов:

Исследовательское октановое число (ОЧИ) тестируется на одноцилиндровой установке, например, УИТ-85, при частоте вращения коленчатого вала 600 об/мин, переменной степени сжатия и температуре всасываемого воздуха 52°С, угол зажигания 13°. Тест показывает поведение бензина при средних и малых нагрузках.

Моторное октановое число (ОЧМ) также определяется на одноцилиндровом стенде с частотой вращения 900 об/мин, температуре всасываемой смеси 147°С . Как правило, значение ОЧМ ниже чем ОЧИ, так как учитываются нагрузки, резкие ускорения и т.д.

По ГОСТ Р 54283-2010 маркировка автомобильных бензинов должна состоять из трех групп знаков, разделенные дефисами.

Пример. АИ-95-4. АИ обозначает исследовательский метод определения октанового числа, 95 – октановое число, 4 – соответствие стандарту ЕВРО-4, всего их четыре класса: 2, 3, 4 и 5.

По ГОСТ 32513-2013 основными марками автомобильных бензинов являются:

• АИ-80;
• АИ-92 (степень сжатия до 10);
• АИ-95 (степень сжатия 10,5 – 12,5);
• АИ-98 (степень сжатия 12 – 14,5);
• АИ-100, 101, 102 (детонационная стойкость выше, чем у чистого изооктана).

Как проверить качество

Водителю нужно всегда внимательно относиться к качеству топлива, и заливать только рекомендованный производителем по октановому числу бензин. К сожалению, недобросовестные поставщики или продавцы могут продавать некачественное или разбавленное топливо, что понижает заявленное октановое значение и его свойства. Для двигателя это чревато серьезными последствиями.

Есть несколько простых и доступных методов определения качества топлива.

1. Проверка на запах. Не должно быть запаха масла, реагентов или газа.
2. Проверка на низкокачественные примеси. Если после испарения остается масляный след, то в нем есть вредные примеси.
3. Проверка на цвет. Цвет также может указывать на наличие примесей. Хороший бензин светло-желтый или вовсе бесцветный. Часто можно видеть ярко-желтый цвет, что говорит о сомнительном качестве. Производители оправдываются применением особых присадок. Насколько они безвредны, можно только гадать.
4. Проверка на присутствие масла. Тест на масло легко провести. На чистый лист капните немного топлива. Если после испарения осталось жирное пятно, то масло в нем определенно есть.
5. Проверка на воду. Это сделать просто. В прозрачный стакан налейте топливо и добавьте совсем немного марганцовки. Чистый бензин не должен окраситься, а с водой порозовеет.
6. Проверка на смолы. Если после сгорания небольшого количества бензина (например, на стекле) остается чистый след – топливо хорошее, коричневые или желтые пятна – присутствуют смолы.

Бензин – это питание двигателя автомобиля. От его качества и состава во многом зависит правильная работа силового агрегата. Водителю нужно разбираться в марках, понимать значение октанового числа и знать другие характеристики. Нужно помнить, что качественное топливо – это залог долгой службы любого двигателя.

Источник статьи: http://techautoport.ru/dvigatel/teoriya/avtomobilnye-benziny.html

16 видов топлива, на котором могут передвигаться автомобили

16 различных видов топлива, на котором может ездить ваш автомобиль

А что картошка? Ты думаешь, картошка – это так вот просто, сварил и съел? Да? Не тут-то было! Из картошки знаешь, сколько можно блюд приготовить?

Тося из фильма «Девчата»

Примерно в таком же ключе, как это сделала героиня фильма «Девчата», защищая картошку от нападок лесозаготовителей Урала, можно возразить тем людям, которые в ответ на вопрос «На чем могут ездить автомобили?» утверждают, что всего на нескольких видах топлива, вроде того, что только на бензине, дизеле да газе. На самом деле ассортимент гораздо шире. И как минимум на данный момент можно выделить 16 крупных групп и подгрупп альтернативных видов энергии для приведения автомобиля в движение, которые имеют все шансы в будущем заменить привычные варианты топлива.

Давайте рассмотрим, какие варианты доступны уже сейчас для заправки вашего автомобиля, а какие будут доступны в будущем, помимо бензина и дизельного топлива.

Мы много слышим об альтернативных видах топлива для автомобилей, но какие есть варианты? Пробежимся по ним и отметим отличительные особенности каждого из них.

Сжиженный нефтяной газ (СНГ)

Сжиженный нефтяной газ уже пытались использовать в качестве топлива для автомобилей. К примеру, в конце 1990-х годов Opel, Volvo, а также ряд других производителей предлагали его в качестве выбора для своих двухтопливных моделей. Такие автомобили запускались на бензине, а затем, после прогрева, переходили на сжиженный нефтяной газ.

В континентальной Европе и в других частях мира «СНГ», или «автогаз», как его часто называют, остается третьим по популярности видом топлива после бензина и дизельного топлива. Он производит меньше вредных выхлопных газов, и он в два раза дешевле, чем бензин. Однако нужно учитывать его больший расход – ровно в два раза по сравнению с обычным жидким бензином.

Водород

Водород – топливо, которому уже много десятилетий пророчат большое будущее, которое никак не хочет наступать. С одной стороны, известно, что из выхлопной трубы заправленного водородом автомобиля будет вылетать только водяной конденсат, но, с другой, также хорошо изучено, что выделение (производство) водорода крайне дорого (дороже бензина и уж тем более газа), к тому же его хранение взрывоопасно, по крайней мере, в баллонах под давлением, а в специальных ячейках безопасно, но дорого.

Топливный элемент автомобиля работает путем объединения водорода из бака с кислородом для производства электроэнергии, на которой работает двигатель. Фактически автомобиль имеет свой собственный бортовой генератор, а не держит электроэнергию в батарее.

Биоэтанол

Биоэтанол получается в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Полученный этанол затем смешивается с бензином или дизельным топливом для получения нового типа топлива, которое может быть использовано в большинстве автомобилей с ДВС как с небольшими конструкционными изменениями, так и без.

Количество биоэтанола, смешанного с ископаемым топливом, колеблется от 10% (Е10) до 15% (Е85). С экологической точки зрения использование биоэтанола имеет смысл, поскольку углекислый газ, который он производит при сжигании в двигателе, компенсируется газами, поглощенными им во время его производства. Недостаток – повышенный расход.

Сжиженный природный газ (СПГ)

В мире насчитывается около 20 миллионов транспортных средств, использующих СПГ (сжатый под большим давлением до жидкого состояния природный газ). Многие из них – автобусы и грузовики, которые работают в городских условиях, что позволяет им свести к минимуму негативное воздействие на окружающую среду. СПГ на 75% уменьшает выбросы твердых частиц в атмосферу по сравнению с дизельным топливом, а также создает меньше углекислого газа, чем бензин, и до 90% меньше оксида азота.

Биодизель

Плюсом биодизельного топлива можно считать то, что его получают из восстанавливаемых органических элементов. В зависимости от поколения биодизеля (всего их три) топливо могут получать из рапса и других сельхозкультур, из жиросодержащих отходов и из липидов микроводорослей.

Промышленное производство биодизеля обходится дороже, чем получение дизельного топлива из нефти, поэтому этот вид горючего прижился слабо. Плюс к этому биодизель сложно назвать нейтральным веществом – растворяющие свойства у него получше будут, чем у обычного дизеля, поэтому фильтры нужно менять чаще, чтоб они не пришли в негодность.

Пропан

Важно отличать пропан от сжиженного газа. Пропан можно назвать СПГ, но не весь СПГ состоит из пропана. Немногие автомобили работают исключительно на пропане, и большинство из них используют его как биотопливо, где они работают сперва на бензине, а затем переключаются на пропан, чтобы уменьшить выбросы.

Поскольку пропан – это газ, ему нужен больший резервуар для хранения достаточного его количества. Двигатель будет сжигать на 27% больше пропана, чтобы достичь той же мощности, что и бензин. Стоит также отметить, что пропан работает наилучшим образом в холодных климатических условиях.

Если бы это было возможно – просто залить воду в бак и поехать… это был бы прорыв в технологии передвижения. Увы, пока такого чуда техники в реальности не придумали. Не верьте всяким врунам на YouTube.

Принцип работы заключается в использовании электролиза для разделения воды на кислород и водород. Этот процесс требует электричества, очень много электричества, которое будет вырабатываться полученным водородом. Однако при сжигании водорода будут тепловые потери, что делает всю установку неэффективной.

Но не все потеряно. Необходимая для электролиза воды электроэнергия может быть собрана солнечными панелями, установленными на корпусе автомобиля, и тогда все заработает. В теории… На практике сделать это на данном этапе развития невозможно, по крайней мере, чтоб автомобили получились экономически выгодными.

Воздух

Задумка, над которой работают несколько компаний, а именно: Jaguar Land Rover Tata и Citroën.

Более вероятное использование сжатого воздуха из двух компаний предложил Citroën в модели Cactus Airflow 2L в 2014 году. Он использовал обычный бензиновый двигатель, но с дополнительными двумя воздушными цилиндрами, которые заряжаются при помощи регенеративной энергии. Бензиновый двигатель совмещен с системой «Hybrid Air», использующей энергию сжатого воздуха, накапливающегося в специальных резервуарах, для вращения ведущих колес, что снизит нагрузку на ДВС и уменьшит расход дорогого топлива.

Не смейтесь: пар был серьезным конкурентом двигателю внутреннего сгорания в первые годы после появления автомобилей с ДВС. Один автомобиль на заре автомобильной эры (в 1906 году) даже установил мировой рекорд скорости на суше – 200 км/ч. Сейчас такие машины делают только энтузиасты.

Кинетическая энергия

Также еще один из альтернативных источников энергии, который широко используется автопроизводителями и чаще называется рекуперативным торможением. Идея проста: по мере того, как автомобиль замедляется, его энергия движения возвращается для зарядки аккумулятора, а не теряется с теплом и скрежетом при торможении.

Как и во всех формах передачи энергии, превращение кинетической энергии в накопленную никогда не бывает на 100% эффективным, поэтому вы не можете управлять автомобилем исключительно путем накопления энергии и последующего ее высвобождения при необходимости. Кроме того, для достижения разумных расстояний вам нужна большая батарея для хранения электричества, а это лишний вес. Чем тяжелее автомобиль, тем больше кинетической энергии он должен преобразовать в накопленную энергию посредством рекуперативного торможения.

Солнечная энергия

Идея автомобиля, который никогда не нуждается в подзарядке или заправке топливом, приближается к реальности при помощи солнечной энергии. Этот источник энергии был опробован уже множество раз в различных направлениях деятельности человека. Но была одна загвоздка – из него было трудно извлечь достаточно энергии при малой площади.

Голландская фирма «Lightyear» утверждает, что она решила эти проблемы с помощью своей технологии, которая должна появиться в продаже в 2020 году.

Азот – самый распространенный газ в атмосфере, составляет около 78% воздуха. Мы им дышим. Использование его для питания автомобилей имеет смысл, поскольку у него будет очень мало вредных выбросов при использовании в качестве топлива. Помещенный в резервуар в жидком виде, он работает подобно «воздушным» двигателям.

Когда азот впрыскивают из резервуара, он расширяется при резком переходе из жидкого в газообразное состояние, и эту почти мгновенную реакцию расширения можно использовать для того, чтобы привести в действие турбину. Турбина будет вращать генератор для выработки электричества, которое будет использоваться для приведения в движение автомобиля. Недостатками является то, что жидкий азот является очень опасной жидкостью, а также то, что пока нет никакой инфраструктуры для его заправки.

Аммиак

Аммиак использовался для питания двигателей внутреннего сгорания еще в 1943 году. С тех пор он не оказал большего влияния, потому что обладал низкой плотностью энергии – где-то в два раза ниже, чем у бензина.

Однако аммиак можно производить дешево и в больших количествах, его можно использовать в качестве топлива для поршневых двигателей или в топливных элементах для выработки электроэнергии. В аммиаке нет углерода, поэтому он производит нулевые вредные выбросы углекислого газа. То, что удерживает его от использования в качестве топлива в настоящее время, касается его безопасности при хранении на автозаправочных станциях и на борту автомобилей.

Древесный газ

Древесный газ был известен с 1870-х годов и достиг наибольшей популярности во время Второй мировой войны, когда топливо было дефицитным. Он генерируется путем газификации древесины или древесного угля, который затем приводит в действие двигатель внутреннего сгорания. Правда, о высокой мощности и экологичности (нужная древесина) можно забыть. Автомобиль ехать будет, но не быстро.

Алкоголь

Выражение «залью себе пол-литра» может заиграть новыми красками, если алкоголь станет автомобильным топливом. На самом деле «алкогольные» автомобили использовались и раньше, в основном в спорте. Например, в дрэг-рейсинге, где заливается метанол. Плюс – это высокое октановое число метанола и других спиртовых видов топлива, таких как бутанол и этанол, и все они могут использоваться с двигателями внутреннего сгорания.

Метанол имеет меньшую плотность энергии, чем бензин, поэтому для получения такой же мощности от двигателя необходимо использовать большее его количество. Однако есть доказательства, что при производстве спиртового топлива используется больше парниковых газов, чем при его сжигании в двигателе, поэтому с точки зрения матушки-природы алкоголь использовать в виде топлива для машин очень даже выгодно.

Источник статьи: http://1gai.ru/publ/521868-skolko-suschestvuet-vidov-topliva-na-kotorom-mogut-peredvigatsya-avtomobili.html