Бензины автомобильные

Ассортимент и качество вырабатываемых и применяемых бензинов определяется структурой автомобильного парка страны (за последнее десятилетие количество автомобилей возросло в 1,7 раза, при этом увеличилась доля иномарок), техническими возможностями отечественной нефтехимической промышленности, а также экологическими требованиями, которые в последнее время стали определяющими. С целью снижения вредных выбросов автомобили стали оборудовать каталитическими системами нейтрализации отработавших газов, что вызвало ужесточение требований к качеству применяемого бензина.

1. Получение автомобильных бензинов и их компонентный состав

Изготовление топлива для двигателей внутреннего сгорания — сложный процесс, включающий получение первичных его компонентов, их смешивание и улучшение присадками до товарных показателей качества в соответствии с требованиями стандартов. Смешение прямогонных фракций с компонентами вторичных процессов и присадок называется компаундированием.

Автомобильные бензины одной марки, изготовленные на разных предприятиях, имеют несколько различающийся состав, что связано с неодинаковым набором технологического оборудования. Однако они должны соответствовать нормативной документации. Усредненный компонентный состав бензинов разных марок приведен в табл. 3.

Базовым компонентом для выработки автомобильных бензинов являются обычно бензины каталитического риформинга или каталитического крекинга. Бензины каталитического риформинга характеризуются низким содержанием серы, в их составе практически отсутствуют олефины, поэтому они высокостабильны при хранении. Однако повышенное содержание в них ароматических углеводородов с экологической точки зрения является лимитирующим фактором. К их недостаткам также относится неравномерность распределения детонационной стойкости по фракциям.

В составе бензинового фонда России доля компонента каталитического риформинга превышает 50 %.

Таблица 3. Усредненный компонентный состав бензинов разных марок

Компонент	Октановое число по исследовательскому методу	Содержание в товарном бензине, %
		АИ-80		АИ-92	АИ-95	АИ-98
Бензин каталитического риформинга:
мягкого режима	91…99	40…80		60…88	–	–
жесткого режима	91…99	–		40…100	45…90	25…88
ксилольная фракция	100…108	–		20…40	20…40	20…40
Бензин каталитического крекинга	91…93	20…80		10…85	10…50	10…20
Бензин прямой перегонки	40…76	20…60		10…20	–	–
Алкилбензин	91…94	–		5…20	10…35	15…50
Бутаны + изопентан	88…91	1…7		1…10	1…10	1…10
Газовый бензин	65…75	5…10		5…10	–	–
Толуол	115	–		0…10	8…15	10…15
Метилтретбутиловый эфир	115…135	0…8		5…12	10…15	10…15

Бензины каталитического крекинга характеризуются низкой массовой долей серы, октановыми числами по исследовательскому методу 90…93. Содержание в них ароматических углеводородов составляет 30…40 %, олефиновых — 10…25 %. Они обладают относительно высокой химической стабильностью (индукционный период 800…900 мин). По сравнению с бензинами каталитического риформинга для бензинов каталитического крекинга характерно более равномерное распределение детонационной стойкости по фракциям. Поэтому в качестве базы для производства автомобильных бензинов используется смесь компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга.

2. Требования к качеству автомобильных бензинов

Мощность бензинового двигателя, его экономичность, надежность работы, расход топлива и масла, токсичность отработавших газов во многом зависят от качества применяемого топлива.

Автомобильные бензины являются смесями бензиновых дистиллятов прямой перегонки, термического крекинга, платформинга и каталитического крекинга. По мере совершенствования процессов каталитического крекинга и риформинга доля дистиллятов этих процессов в автомобильных бензинах увеличивается за счет снижения доли дистиллятов прямой перегонки и термического крекинга.

Для обеспечения надежной работы автомобильных двигателей на всех режимах бензины должны соответствовать определенным требованиям.

Сжигание бензина в смеси с воздухом в камере сгорания должно происходить с нормальной скоростью без возникновения детонации на всех режимах работы двигателя в любых климатических условиях. Это требование устанавливает нормы на детонационную стойкость бензина. С целью улучшения антидетонационных свойств в некоторые бензины добавляют антидетонационные присадки — антидетонаторы. В бензины, предназначенные для двигателей с высокой степенью сжатия, добавляют различные высокооктановые компоненты.

Необходимо, чтобы бензин имел высокую теплоту сгорания, минимальную вероятность образования отложений в топливной и впускной системах, а также нагара в камере сгорания. Продукты сгорания не должны быть токсичными и коррозионно-агрессивными. Испаряемость бензинов должна обеспечивать приготовление горючей смеси при любых температурах эксплуатации двигателей. Это требование регламентирует такие свойства и показатели качества бензина, как фракционный состав, давление насыщенных паров, склонность к образованию паровых пробок. Чтобы улучшить пусковые свойства двигателя, к бензинам добавляют газовые бензины.

Производство автомобильных бензинов связано со сложным комплексом различных технологических процессов переработки нефти.

Требования к качеству вырабатываемых бензинов, обусловленные техническими возможностями отечественной нефтепереработки, накладывают ограничения на показатели фракционного и углеводородного состава, содержание серы и различных антидетонаторов.

Условия массового производства требуют обеспечения возможности использования нефтяного сырья с наиболее широким варьированием по углеводородному и фракционному составу и содержанию различных сернистых соединений, что определенным образом влияет на установление норм в спецификациях на соответствующие показатели качества бензинов.

В целях увеличения выхода бензина из перерабатываемого нефтяного сырья производство заинтересовано в повышении температуры конца кипения, а эффективное использование бензина в двигателе возможно при определенном ограничении содержания высококипящих фракций.

Нормы на показатель детонационной стойкости устанавливаются на уровне, достижимом с использованием имеющихся технологических процессов, компонентов и присадок, допущенных к применению в составе бензинов.

Требования производителей автомобилей очень часто идут вразрез с требованиями нефтепереработчиков, и в этих случаях необходимо определить оптимальный экономически целесообразный уровень этих требований. Примером такого компромисса является октановый индекс, характеризующий детонационную стойкость американских бензинов.

Автомобилестроители США предложили внести в спецификацию оценку октанового числа бензинов по исследовательскому методу, а нефтепереработчики — по моторному методу. В результате был внесен показатель, равный полусумме октановых чисел по исследовательскому и моторному методам.

Требования, связанные с транспортированием и хранением бензинов, обусловлены необходимостью сохранения их качества в течение нескольких лет.

Автомобильный бензин с завода-изготовителя подается на крупные региональные перевалочные нефтебазы. С этих баз хранения бензин поступает на нефтебазы, снабжающие автозаправочные станции (АЗС), а далее автомобильными цистернами — на АЗС.

Транспортирование, хранение и применение бензина непосредственно на автомобилях осуществляются в различных климатических условиях при температуре окружающего воздуха от –50 до 45 °С, при этом необходимо обеспечить нормальную работу двигателя. Требования, связанные с транспортированием и хранением, регламентируют такие свойства автобензина, как физическая и химическая стабильность, склонность к потерям от испарения и образования паровых пробок, растворимость воды, содержание коррозионно-агрессивных соединений и т.д. На длительное хранение, как правило, поступают бензины летнего вида с высокой химической стабильностью (индукционный период не менее 1200 мин).

Воздействие бензинов на окружающую среду при применении их в автомобильной технике связано с токсичностью соединений, попадающих в атмосферный воздух, воду, почву непосредственно из топлива (испарение, утечка) или с продуктами его сгорания.

Источниками токсичных выбросов автомобилей являются отработавшие газы, картерные газы и пары топлива из впускной системы и топливного бака. Отработавшие газы содержат оксид углерода, оксиды азота, серы, несгоревшие углеводороды и продукты их неполного окисления, элементарный углерод (сажу), продукты сгорания различных присадок, например оксиды свинца и галогениды свинца при использовании этилированных бензинов, а также азот и неизрасходованный на сгорание топлива кислород воздуха.

Для уменьшения выбросов вредных веществ современные автомобили оснащают каталитическими системами нейтрализации отработавших газов, позволяющими дожигать несгоревшие углеводороды и оксид углерода до СО₂, а оксиды азота — восстанавливать до азота.

Экологические свойства бензинов обеспечиваются ограничениями по содержанию отдельных токсичных веществ, по групповому углеводородному составу, по содержанию низкокипящих углеводородов, а также серы и бензола. Эти ограничения гарантируют надежную работу каталитической системы нейтрализации отработавших газов и способствуют уменьшению загрязнения окружающей среды.

В табл. 4 приведены требования, предъявляемые к автомобильным бензинам в странах Европейского экономического сообщества (ЕЭС).

В связи с присоединением Российской Федерации и Республики Беларусь к европейским экологическим программам возникла острая необходимость в организации промышленного производства автомобильных бензинов, соответствующих европейским требованиям (EN 228). Технология производства автомобильных бензинов, отвечающих требованиям ЕURO-2, ЕURO-3, ЕURO-4, ЕURO-5, должна гарантировать установленные нормы на содержание серы, ароматических и олефиновых углеводородов и бензола.

Таблица 4 Требования к автомобильным бензинам ЕЭС

Показатель	ЕURO-2	ЕURO-3	ЕURO-4	ЕURO-5
Содержание бензола максимальное, %	5,0	1,0	1,0	–
Содержание серы максимальное, ppm	500	150	50/10	10
Содержание ароматических углеводородов максимальное, %	–	42	35	–
Содержание олефиновых углеводородов максимальное, %	–	18	18	–
Содержание кислорода максимальное, %	–	2,7	2,7	–
Фракционный состав, %:
до 100 °С перегоняется, не менее	–	46	46	–
до 150 °С перегоняется, не менее	–	75	75	–
Давление насыщенных паров, кПа, не более	–	60	60	–
Наличие моющих присадок	–	Обязательно	Обязательно	Обязательно

Таким образом, бензины в качестве топлива должны:

• иметь хорошую испаряемость и образовывать горючую смесь, однородную по составу во всех цилиндрах;
• обладать высокой детонационной стойкостью, т.е. сгорать без детонации при различных режимах работы двигателя;
• обеспечивать легкий пуск и устойчивую работу двигателя на различных режимах, высокую экономичность;
• иметь оптимальный фракционный состав;
• иметь малое содержание смоло- и нагарообразующих соединений и коррозионно-агрессивных веществ;
• иметь высокую физическую и химическую стабильность при хранении, транспортировке и т.п., не вызывать коррозии емкостей, средств заправки, двигателей (продукты сгорания бензина также не должны вызывать коррозии деталей двигателя);
• полностью сгорать с минимальным образованием токсичных и канцерогенных веществ;
• иметь минимальную склонность к образованию нагара на деталях двигателя;
• обеспечивать максимальную мощность двигателя и минимальный расход масла;
• обладать хорошими низкотемпературными свойствами;
• не иметь повышенной гигроскопичности и склонности к образованию льда;
• не содержать механических примесей и воды.

К свойствам бензинов, отвечающим в полном объеме всем эксплуатационным требованиям, относятся: физико-химические свойства, испаряемость и фракционный состав, детонационная стойкость, их стабильность и противокоррозионные свойства. В отдельную группу свойств бензинов выделены экологические требования.

3. Химический и углеводородный состав бензинов

Химический состав бензинов характеризуют групповым углеводородным составом, т.е. содержанием в них ароматических, олефиновых, нафтеновых и парафиновых углеводородов.

Кроме углеводородов в бензине в незначительном количестве содержатся гетероатомные углеводородные соединения, которые включают серу, кислород и азот. Они попадают в бензин из перерабатываемой нефти, а кислородные соединения образуются в процессе окисления углеводородов при хранении бензина.

Компоненты бензина не содержат металлорганических соединений нефти, которые концентрируются, как правило, в высококипящих фракциях. С целью улучшения физико-химических и эксплуатационных свойств автомобильных бензинов в их состав в ограниченных количествах добавляют кислородсодержащие компоненты (простые эфиры и спирты), а также специальные антидетонационные присадки, в том числе и металлсодержащие.

Для ограничения содержания антидетонационных присадок в спецификациях на бензины предусмотрены максимально допустимые концентрации свинца, марганца, железа.

К основным ограничениям на химический и углеводородный состав автомобильных бензинов относят: содержание серы, ароматических углеводородов, и в первую очередь бензола; содержание олефиновых углеводородов, оксигенатов (общее по концентрации кислорода и по отдельным спиртам и эфирам).

При увеличении содержания сернистых соединений в бензине происходит повышенное нагарообразование и износ деталей двигателя, старение моторного масла. Кроме того, это оказывает существенное негативное влияние на окружающую среду.

Повышение содержания ароматических углеводородов в бензине способствует увеличению выбросов в окружающую среду бензола. Проведенными исследованиями установлено, что существует линейная зависимость между содержанием бензола в бензине и его концентрацией при всех видах выбросов несгоревших углеводородов: в отработавших газах; в испарениях из топливной системы; при заправке автомобиля топливом. Для автомобилей, не оборудованных каталитическим нейтрализатором, основным источником выбросов бензола в атмосферу являются отработавшие газы (около 70 %), меньшую роль играет поступление с испарениями (20 %), в еще меньшей степени влияют потери при заправке (10 %).

Содержание бензола в отечественных автомобильных бензинах не должно превышать 5,0 %.

Содержание бензола в основных компонентах составляет: в бензине каталитического риформинга — от 2,0 до 7,0 %; в бензине каталитического крекинга — от 1,0 до 3,5 %; в бензине прямой перегонки — от 0,5 до 1,5 %.

Уменьшить содержание бензола в вырабатываемых автобензинах можно следующими способами:

• вырезкой из бензина каталитического риформинга фракции 60…85 °С, содержащей более 20 % бензола, с последующим использованием ее для получения бензола. При этом содержание бензола в товарных бензинах уменьшается почти в 3 раза, а октановая характеристика бензина риформинга после выделения фракции 60…85 °С повышается на 1…1,5;
• увеличением в составе товарных бензинов доли высокооктановых компонентов, не содержащих бензол: алкилата, изомеризатов, оксигенатов (спиртов, эфиров и т.д.), а также применением нетоксичных антидетонаторов;
• подбором сырья и снижением жесткости процесса риформинга, экстракции, а также селективным гидрированием бензола в циклогексане или алкилированием бензола в алкилароматические углеводороды.

Возможно сочетание нескольких способов исходя из особенностей нефтеперерабатывающего предприятия, наличия сырья, концепции переработки и интеграции с химическим производством.

Суммарное содержание ароматических углеводородов контролируется при проведении квалификационных испытаний и не должно превышать 55 %.

Максимальное содержание олефиновых углеводородов в товарных бензинах не должно превышать 18 %, так как они являются основным источником образования смолистых веществ в бензине. Повышение содержания олефиновых углеводородов увеличивает выбросы вредных веществ в окружающую среду с отработавшими газами.

Оксигенаты имеют высокую детонационную стойкость, что позволяет заменять ими ароматические углеводороды, к тому же они способствуют снижению токсичности отработавших газов автомобилей. Однако при содержании в бензине оксигенатов более 2,7 % по кислороду наблюдается увеличение массового и удельного расхода топлива из-за их низкой теплоты сгорания, а также потеря мощности двигателем. Поэтому из экологических предпосылок содержание оксигенатов в бензине должно составлять 2,0…2,7 % по кислороду.

В спецификации на автомобильные бензины введены также нормы на максимальное содержание отдельных оксигенатов.

4. Физико-химические свойства бензинов

Физико-химические свойства автомобильных бензинов и регулировочные параметры двигателей должны быть тщательно увязаны друг с другом.

Оценку физико-химических свойств автомобильных бензинов производят по внешнему виду, наличию механических примесей, водорастворимых кислот и щелочей, а также по их плотности. В этой же группе эксплуатационных требований к топливам рассматриваются и низкотемпературные свойства бензинов.

По внешнему виду бензина оценивают его цвет и прозрачность. Бензины бесцветны. Возможный желтоватый оттенок бензина обусловлен наличием в нем смолистых веществ.

Прозрачность бензина в соответствии с ГОСТом определяется в стеклянном цилиндре. Бензин, налитый в цилиндр, должен быть совершенно прозрачным и не должен содержать взвешенных и осевших на дно цилиндра посторонних примесей, в том числе и воды. Мутность бензина при комнатной температуре обычно связана с наличием в нем воды (в виде эмульсии) или механических примесей. Такое топливо перед применением подвергают отстою и фильтрации. Наличие воды в бензине особенно опасно зимой, когда образующиеся кристаллы льда нарушают дозировку бензина и даже могут вызвать полное прекращение его подачи. Кроме того, вода усиливает коррозионную активность бензина по отношению к металлическим деталям топливных систем.

Спецификацией на бензины предусмотрено отсутствие в нем воды. Однако вода в бензине может находиться в растворенном виде, а также попадать в топливные емкости и накапливаться в них в свободном состоянии. Количество воды, находящейся в свободном состоянии, зависит от условий транспортирования и хранения. Поэтому для надежной эксплуатации техники, резервуаров хранения и средств прокачивания бензинов важно, чтобы они не только сами не были агрессивными, но и обладали способностью уменьшать скорость электрохимической коррозии в системе топливо — металл — вода.

Механические примеси могут попадать в бензин при использовании грязной или неисправной (негерметичной) тары или загрязненного заправочного оборудования. Наличие механических примесей определяют внешним осмотром пробы бензина также в стеклянной емкости. Присутствие даже мельчайших механических примесей в бензинах не допускается. Применение бензина, содержащего механические примеси, вызывает износ топливной аппаратуры, засорение топливодозирующих систем, а при попадании в цилиндры двигателя — износ цилиндропоршневой группы двигателя.

В процессе применения автомобильные бензины соприкасаются с различными металлами и сплавами, обусловливая их коррозионное разрушение. Коррозии подвергаются топливные баки, трубопроводы и т.д.

Водорастворимые кислоты и щелочи, вызывающие коррозионный износ деталей двигателя, могут оказаться в бензине из-за нарушения технологии его очистки. Так, после сернокислотной очистки не исключено наличие в бензине остатков как самой кислоты, так и ее производных (сульфокислот и кислых эфиров) изза неполной их нейтрализации. Щелочь попадает в бензин при плохой отмывке его в процессе очистки. Таким образом, органические кислоты остаются в бензине после переработки нефти, а также образуются в процессе окисления при хранении и их содержание от момента производства бензина до его потребления увеличивается.

Органические кислоты особенно сильно разрушают цветные металлы — свинец и цинк. Кислоты, взаимодействуя с металлами, образуют нерастворимые в бензине мыла, которые выпадают в осадок в виде сгустков, засоряя систему питания двигателя.

Сернистые соединения, содержащиеся в бензинах, условно делят на активные и неактивные. К активным соединениям относятся элементная сера, сероводород, меркаптаны, к неактивным — сульфиды, дисульфиды и др. Активные сернистые соединения коррозируют металл даже при низких температурах, поэтому их присутствие в бензинах недопустимо.

Сами по себе неактивные сернистые соединения, находящиеся в бензине, не вызывают коррозии металлов. Высокой коррозионной агрессивностью обладают продукты сгорания сернистых соединений — серный и сернистый ангидриды. При пуске двигателя, особенно в холодное время года, при относительно низкой температуре продуктов сгорания возможна конденсация водяных паров, образующихся в результате сгорания топлива. Ангидриды растворяются в воде, образуя серную и сернистую кислоты. Под действием этих кислот происходит низкотемпературная жидкостная коррозия металлов. Если температура продуктов сгорания достаточно высокая, то водяные пары не конденсируются, однако происходит высокотемпературная газовая коррозия. Оксиды серы в отработавших газах вызывают коррозию выпускной системы. Коррозионный износ в значительной степени зависит от ее технического состояния, качества масла, условий эксплуатации и количества серы, содержащейся в топливе. При увеличении содержания серы в бензине от 0,05 до 0,1 % коррозионный износ деталей двигателя возрастает в 1,5–2,0 раза, с 0,1 до 0,2 % — еще в 1,5–2,0 раза, с 0,2 до 0,3 % — в 1,3–1,7 раза.

Процесс удаления серы из бензина очень трудоемкий и требует больших затрат. Поэтому часть сернистых соединений, в основном неактивных, в количестве, не влияющем на износ двигателя, в топливе обычно оставляют.

Максимальное содержание серы в отечественных автомобильных бензинах регламентируется СТБ ИСО 20846–2005 и должно составлять не более 50 мг/кг.

5. Стабильность топлива, склонность к образованию отложений и нагарообразованию

Под стабильностью топлива понимают его способность сохранять свойства в допустимых пределах для конкретных эксплуатационных условий. Стабильность топлив зависит от их физикохимических свойств, наличия различных примесей и др. В эксплуатационных условиях, когда топливо подвергается воздействию таких внешних факторов, как кислород воздуха, нестабильная температура, загрязнение влагой и механическими примесями, ухудшаются его фракционный и химический состав. Условно различают физическую и химическую стабильность топлива.

Физическая стабильность топлива определяет способность его сохранять фракционный состав (изменения вызываются потерей наиболее низкокипящих фракций в результате их испарения) и однородность.

Физическую стабильность бензина оценивают по давлению насыщенных паров и наличию легких фракций. Недостаточная физическая стабильность бензина обусловливает его высокую испаряемость.

Конструкция топливных баков должна исключать возможность свободного сообщения их внутреннего объема с атмосферой.

Для исключения испарения топливные баки защищают от прямых солнечных лучей.

Физическую стабильность топлива контролируют, периодически определяя плотность, фракционный состав, давление насыщенных паров, температуру помутнения и кристаллизации и другие показатели.

Химическая стабильность характеризует способность бензина сохранять свой первоначальный химический состав без изменений при длительном хранении, перекачках и транспортировании. Химическая стабильность бензинов связана, прежде всего, с наличием в их составе непредельных углеводородов, которые характеризуются повышенной склонностью к окислению. Наиболее склонны к окислению углеводороды, имеющие сопряженные двойные связи, особенно циклические. Малоустойчивы к окислению и ароматические углеводороды с двойной связью в боковой цепи.

К окислению наиболее склонны бензины, полученные термическим и каталитическим крекингом, коксованием, пиролизом и содержащие много олефиновых и диолефиновых углеводородов. Более химически стабильны бензины, полученные каталитическим риформингом и прямой перегонкой, а также алкилбензин.

На пути следования от завода-изготовителя до бака автомобиля происходит автоокисление бензина, т.е. окисление его нестабильных соединений кислородом окружающего воздуха с образованием продуктов сложного состава. Чем дольше хранится бензин, длиннее путь транспортирования и больше перевалочных пунктов, тем больше возможность образования продуктов окисления — смолистых веществ и различных кислых соединений (органических кислот, оксикислот и т.п.). Большая часть образующихся продуктов окисления находится в бензине в растворенном состоянии, а меньшая выпадает в осадок. Окисление бензина ускоряется различными отстоями и осадками, накапливающимися в резервуарах, а также за счет каталитического воздействия металлов (например, меди). Чем больше в бензине содержится непредельных углеводородов, тем быстрее он окисляется. При окислении изменяется цвет бензина. Например, неэтилированный бензин приобретает окраску от светло-желтой до интенсивно-желтой. Появляется резкий запах, на дне резервуара образуется масляный слой, слаборастворимый в бензине, повышается кислотность бензина, т.е. увеличивается его коррозионность.

Химическую стабильность характеризуют следующими показателями:

• индукционный период;
• содержание фактических смол;
• суммарное количество продуктов окисления;
• кислотность.

Кислотность и содержание фактических смол характеризуют содержание в бензине конечных продуктов окисления на момент их определения. По ним можно судить о запасе качества бензина, т.е. о разнице между допустимым и фактическим содержанием продуктов окисления. Индукционный период и количество продуктов окисления характеризуют скорость окисления бензинов в процессе хранения и применения.

В условиях длительного хранения некоторые из соединений (сернистые, кислородные, азотистые и металлорганические) могут вступать в реакции окисления, полимеризации и конденсации. Такие отрицательные явления, как окисление и осмоление бензинов, выпадение осадка антидетонатора, обусловливаются недостаточной химической стабильностью топлива.

Содержание фактических смол является показателем уровня химической стабильности бензинов и нормируется стандартами. Для повышения химической стабильности бензинов в них вводят антиокислительные присадки (ингибиторы): древесно-смоляной антиокислитель ДСА (0,05…0,15 %), смесь фенолов ФЧ-16 (0,03…0,10 %), синтетические ингибиторы — ионол (0,03…0,10 %), агидол-1, агидол-12 (до 0,3 %).

Углеводородный состав бензинов является одним из главных факторов, определяющих их склонность к нагарообразованию в двигателе. Анализ имеющихся данных показывает, что склонность автомобильных бензинов к нагарообразованию зависит, главным образом, от содержания в них непредельных и ароматических углеводородов.

Строение непредельных углеводородов, их химическая активность и склонность к превращениям под действием высоких температур в значительной мере обусловливают возможность нагарообразования автомобильными бензинами. Строение ароматических

углеводородов оказывает существенное влияние на нагарообразование. С повышением молекулярного веса углеводорода и температуры его кипения вероятность нагарообразования, как правило, увеличивается. Высококипящие ароматические углеводороды под воздействием высоких температур претерпевают окислительные превращения и, очевидно, служат основным источником образования нагара.

Ароматические углеводороды являются ценными составляющими автомобильных бензинов, так как обладают высокой детонационной стойкостью. Однако содержание их в товарных бензинах должно быть ограничено вследствие повышения нагарообразования в двигателе. Прямое сопоставление детонационной стойкости бензинов и их склонности к нагарообразованию в зависимости от содержания ароматических углеводородов позволило предложить норму содержания ароматических углеводородов в товарных автомобильных бензинах. Установлено, что удельный прирост количества нагара в камере сгорания, т.е. увеличение отложений нагара, в результате добавления ароматических углеводородов в количестве, соответствующем повышению детонационной стойкости топлива на 1 октановую единицу, остается практически неизменным для различных ароматических углеводородов, когда содержание их в бензине изменяется в пределах от 0 % до 40…45 %. При большем содержании ароматических углеводородов резко повышается удельный прирост количества нагара. Таким образом, содержание ароматических углеводородов в товарных автомобильных бензинах не должно быть более 40 %.

Спецификации ЕURO-3 и ЕURO-4 также в обязательном порядке определяют наличие в автобензине моющих присадок, снижающих последствия нагарообразования.

6. Совместимость бензинов с неметаллическими материалами

Автомобильные бензины не должны оказывать отрицательного влияния на материалы, с которыми они контактируют в процессе изготовления, транспортирования, хранения и применения. При воздействии бензинов на резины, уплотнения и другие материалы они могут набухать, растрескиваться, терять свои прочностные характеристики и разрушаться. Агрессивное воздействие топлива на резины и герметики в основном связано с вымыванием из них антиокислителя и дальнейшим разрушением, обусловленным образованием пероксидов при окислительных процессах, происходящих в самом топливе. В связи с этим совместимость бензинов, содержащих оксигенаты, с резинотехническими материалами оценивают по результатам непосредственного их воздействия на резины. Сущность контроля сводится к определению сохранения за время испытаний свойств образцов резинотехнических материалов и чистоты топлива.

Изменение физико-химических свойств резин под воздействием бензинов определяют по изменению:

• объема образца;
• относительного удлинения при разрыве;
• прочности образца при растяжении и твердости по Шору.

Испытания на совместимость бензинов с резинотехническими материалами проводят при постановке их на производство.

7. Испаряемость бензинов

Бензин является сложной смесью ряда индивидуальных углеводородов, кипящих при различных температурах, поэтому он не имеет фиксированной температуры кипения.

Испаряемость бензина, т.е. способность переходить из жидкого состояния в газообразное, лежит в интервале температур от 35 до 195 °С.

Испаряемость бензина оценивается показателями фракционного состава и летучести (давление насыщенных паров, потери от испарения и склонность к образованию паровых пробок).

Испаряемость бензина должна обеспечивать оптимальный состав топливовоздушной смеси на всех режимах работы двигателя независимо от способа ее приготовления. В цилиндры двигателя должна поступать однородная горючая смесь, в которой концентрация топлива, находящегося в парообразном состоянии и равномерно распределенного по всему объему, достаточна для его воспламенения от электрической искры.

Скорость и полнота перехода топлива из жидкого в газообразное состояние зависят от его химического состава и внешних условий, например температуры, скорости движения потока газов. Так как в различных двигателях эти условия неодинаковы, требования к испаряемости топлива связаны с конструкцией двигателя, для которого оно предназначается. Сгоранию всегда предшествует испарение жидкого топлива и перемешивание его паров с воздухом (образование горючей смеси). При плохой испаряемости часть топлива не переходит в газообразное состояние и не сгорает.

Для оценки испаряемости топлива используют условный показатель — фракционный состав. От фракционного состава бензина зависят пуск, время прогрева, приемистость и износ двигателя, расход топлива и масла, токсичность отработавших газов. Поскольку автомобильный бензин представляет собой сложную смесь различных углеводородов, выкипающих в широком интервале температур, то испаряемость его оценивают по температурам выкипания отдельных частей — фракций.

На рис. 1 изображена кривая перегонки бензина и указаны объемы его основных фракций — пусковой, рабочей и концевой. Температура перегонки 10 % бензина характеризует пусковые свойства топлива. Если в бензине недостаточно низкокипящих фракций, то при пуске холодного двигателя часть бензина не успевает испариться и попадает в цилиндры в жидком состоянии. Горючая смесь, поступающая в цилиндры, оказывается переобедненной и не воспламеняется от электрической искры, в связи с чем пуск двигателя иногда становится вообще невозможен.

Рис. 1. Кривая перегонки бензина

Неиспарившийся бензин, оставаясь в капельно-жидком состоянии, попадает в цилиндры двигателя и смывает с их поверхности масло, а при попадании в картер разжижает масло. Поэтому в момент пуска и некоторое время при последующем прогреве происходит полусухое трение деталей цилиндропоршневой группы, так как на их поверхностях недостаточно масла для обеспечения прочной масляной пленки. Это вызывает интенсивное изнашивание трущихся деталей двигателя, называемое пусковым.

Для обеспечения пуска двигателя в составе пусковой фракции должно быть достаточное количество низкокипящих углеводородов, которые создают смесь, способную воспламениться от электрической искры. Зная температуру выкипания 10 % бензина t_{10 %}, можно приблизительно определить температуру воздуха t_в, выше которой возможен пуск двигателя на данном топливе, по формуле

tв ≥ 0,5t_10% — 50,5. (8)

Пусковые свойства бензинов улучшаются по мере облегчения пусковой фракции. Зимние бензины дают возможность запустить холодный двигатель при температуре воздуха –26…–28 °С.

Температура начала перегонки летних сортов автомобильного бензина должна быть не ниже 35 °С, а 10 % бензина должны перегоняться при температуре не выше 75 °С.

Температура перегонки 50 % бензина характеризует скорость прогрева и приемистость двигателя. Прогрев двигателя длится от момента пуска его до начала бесперебойной, устойчивой работы. В конце прогрева на режиме холостого хода достигается почти полное испарение бензина во впускном трубопроводе. Чем легче фракционный состав и ниже температура перегонки 50 % бензина, тем быстрее прогревается двигатель. Бензин с низкой температурой перегонки 50 % быстрее испаряется во впускном трубопроводе, наполнение цилиндра горючей смесью улучшается, мощность двигателя увеличивается.

Давление насыщенных паров определяется наличием легких фракций в бензине. Под давлением насыщенных паров жидкого топлива подразумевают давление паров, находящихся в состоянии равновесия с жидкостью при данной температуре и определенном соотношении объемов жидкой и паровой фаз. Чем больше легких фракций в бензине, тем выше давление насыщенных паров.

От давления насыщенных паров зависят склонность бензина к образованию паровых пробок, возможные потери его при хранении, транспортировке и заправке автомобиля, легкость пуска двигателя. Чем больше в бензине углеводородов с низкой температурой кипения, тем выше его испаряемость и давление насыщенных паров, а следовательно, и склонность к образованию паровых пробок. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем больше потери его при хранении, транспортировке, перекачивании, заправке и непосредственно из бака автомобиля. Давление насыщенных паров уменьшается с понижением температуры и увеличением отношения паровой и жидкой фаз.

Значение давления насыщенных паров для бензинов всех типов (СТБ EN 13016) должно быть в пределах от 45 до 100 кПа. Причиной ограничения верхнего уровня давления насыщенных паров бензина является возможность образования паровых пробок, а нижнего — ухудшение его пусковых свойств.

Образование паровых пробок зависит от испаряемости бензина, температуры и конструкции двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, ниже температура перегонки 10 % и больше объем фракции, выкипающей при температуре до 70 °С, тем больше его склонность к образованию паровых пробок. Эта зависимость носит линейный характер и может быть выражена следующим образом:

ИПП = 10ДНД + 7V_70°С, (9)

где ИПП — индекс паровой пробки; ДНП – давление насыщенных паров бензина, кПа; V_{70 °С} — объем бензина, выкипающего при температуре до 70 °С.

Плотность и вязкость бензина — регламентированные параметры его качества. Применение бензина со значительно пониженной плотностью может привести к повышению его уровня в поплавковой камере карбюратора и самопроизвольному вытеканию из распылителя. Испаряемость бензина существенно зависит от его плотности. Различают абсолютную и относительную плотность вещества.

Абсолютная плотность вещества (кг/м3) — это масса, содержащаяся в единице объема. За единицу плотности принимают массу 1 м3 дистиллированной воды при температуре 4 °С.

Относительная плотность вещества — это отношение его массы к массе дистиллированной воды при 4 °С, взятой в том же объеме. Относительная плотность — величина безразмерная.

Нефтепродукты и вода имеют неодинаковые коэффициенты расширения. В связи с этим необходимо указывать значения температуры нефтепродукта и воды, при которых проводилось определение их плотности. Относительную плотность нефтепродуктов определяют при температуре 20 °С. Плотность нефтепродукта может быть замерена при любой температуре, однако результат приводят к температуре 20 или 15 °С. В зарубежных и некоторых отечественных стандартах пределы плотности устанавливают при 15 °С.

В соответствии с действующим стандартом плотность нефтепродукта обозначают 20. Здесь цифра 20 указывает, что плотность нефтепродукта относят к нормальной температуре 20 °С, а цифра 4 означает, что плотность нефтепродукта относят к плотности воды при 4 °С, принятой за единицу.

Относительная плотность автомобильных бензинов составляет 0,70…0,78, а абсолютная плотность в системе СИ — 700…780 кг/м3 при 20 °С.

В стандартах на топливо плотность не нормирована, однако определять ее обязательно. Это необходимо для учета расхода и движения нефтепродуктов на нефтескладах и заправочных станциях, так как приход фиксируют в единицах массы (кг, т), а расход при заправке тракторов и автомобилей учитывается в единицах объема (л). Поэтому для пересчета топлива из единиц массы в единицы объема и обратно нужно знать плотность получаемых и отпускаемых нефтепродуктов.

Плотность бензина с понижением температуры на каждые 10 °С возрастает примерно на 1 %.

Плотность (кг/м3) бензинов определяют при 15 °С в соответствии с СТБ ИСО 3675–2003 и СТБ ИСО 12185–2007.

Низкотемпературные свойства бензинов не должны влиять на работоспособность топливных систем при отрицательных температурах. При низких температурах может произойти прекращение подачи бензина в двигатель вследствие выпадения кристаллов льда или образования ледяных отложений на деталях карбюратора и впускной системы (обледенение карбюратора). Поскольку большинство углеводородов, входящих в состав бензинов, застывает при очень низких температурах, а температура застывания автомобильных бензинов ниже –60 °С, этот показатель для них не регламентируется.

Наибольшие осложнения при эксплуатации двигателя в условиях низких температур связаны с образованием в бензине кристаллов льда. В бензине может содержаться всего лишь несколько сотых долей процента воды (в растворенном состоянии). При повышенной влажности и положительных температурах (стоянка автомобиля в теплом, влажном, плохо проветриваемом гараже) содержание воды даже в обезвоженном бензине почти мгновенно достигает максимального значения. При быстром охлаждении бензина влага, не успевшая перейти в воздух, выделяется в виде мелких капель, которые при отрицательных температурах превращаются в кристаллы льда. Эти кристаллы забивают топливные фильтры и трубки и нарушают подачу бензина в двигатель. Кроме того, вода, содержащаяся в этилированном бензине, приводит к разложению тетраэтилсвинца, что значительно повышает коррозионную агрессивность бензина.

Растворимость воды в бензине улучшается при повышенном содержании в нем ароматических углеводородов, в частности бензола. Поэтому для снижения опасности образования кристаллов льда при охлаждении бензинов содержание в них ароматических углеводородов, в том числе бензола, ограничивают.

При подозрении на наличие воды в топливном баке автомобиля, а также в профилактических целях его владелец (водитель) может добавить в бензин один из специальных препаратов, «связывающих» воду. При номинальной дозировке эти препараты, как правило, не оказывают влияния на состояние деталей двигателя и его работу.

8. Антидетонационные свойства

Одним из основных показателей качества автомобильных бензинов является их детонационная стойкость, от которой в наибольшей степени зависят надежность, повышение мощности, экономичность и продолжительность эксплуатации двигателя автомобиля.

В качестве показателя антидетонационных свойств бензинов, получившего название «октановое число», принято содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, которая эквивалентна по своим антидетонационным качествам испытуемому топливу.

Разное строение углеводородов при близких физических свойствах обусловливает резкое отличие их детонационной стойкости. Октановое число изооктана (С₈Н₁₈) — углеводорода парафинового ряда изомерного строения, отличающегося высокой детонационной стойкостью (начинает детонировать только в двигателях с очень высокой степенью сжатия), — принято за 100 единиц. Октановое число сильно детонирующего гептана С₇Н₁₆ — углеводорода парафинового ряда нормального строения — принято за 0 единиц.

Составляя смеси изооктана с нормальным гептаном в объемных процентах, можно получить эталонные смеси с детонационной стойкостью от 0 до 100 единиц.

Появившиеся в последнее время различные октанометры отечественного и зарубежного производства, работающие по принципу измерения диэлектрической проницаемости, углеводородного состава, не имеют ничего общего с моторными установками, на которых находят октановые числа бензинов.

Детонационную стойкость автомобильных бензинов определяют на одноцилиндровых установках. При нахождении октановых чисел по моторному методу (ГОСТ 511–82) применяют установки УИТ-85 или ИТ9-2М, позволяющие проводить испытания с переменной степенью сжатия (от 4 до 10 единиц). На них сравнивают детонационную стойкость исследуемого бензина с эталонным топливом, в состав которого входит два углеводорода: изооктан и нормальный гептан. Смесь изооктана и нормального гептана имеет октановое число, равное процентному содержанию в ней (по объему) изооктана.

Интенсивность детонации замеряют и регистрируют специальным прибором — детонометром.

На практике было установлено, что октановое число, определяемое по моторному методу, коррелирует с детонационными требованиями полноразмерных двигателей при работе на максимальных мощностях и напряженном тепловом режиме и недостаточно полно отражает всю характеристику детонационной стойкости автомобильных бензинов в условиях эксплуатации. В связи с этим был разработан исследовательский метод определения октановых чисел, который характеризует детонационную стойкость автомобильных бензинов в условиях работы двигателя на частичной нагрузке и меньшей тепловой напряженности (движение по городу). Исследовательским методом (ГОСТ 8226–82) детонационную стойкость бензина определяют на установках УИТ-65 либо ИТ9-6 (установка ИТ9-6 позволяет определить октановые числа по обоим методам) отечественного производства и установках фирмы «Вокеша» (США). Причем детонационную стойкость определяют в режиме работы легкового автомобиля при его движении в условиях города. В этом случае в марку бензина включают букву И, например АИ-95 — автомобильный бензин с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95.

Разность между октановыми числами по исследовательскому и моторному методам одного и того же бензина составляет 7…10 единиц (при исследовательском методе величина октанового числа выше) и называется чувствительностью. Чем меньше чувствительность, тем лучше антидетонационные свойства бензина. Например, один бензин АИ-95 имеет октановое число, по исследовательскому методу равное 95, а по моторному методу — 86, а второй бензин — соответственно 95,6 и 85. Чувствительность в первом случае меньше и, следовательно, антидетонационные свойства лучше.

Октановое число (ОЧ), приближенно соответствующее октановому числу по исследовательскому методу, может быть определено по формуле

(10)

где t_ср — средняя температура разгонки топлива, °С; ρ₄²⁰ — плотность топлива при температуре 20 °С.

Среднюю температуру разгонки топлива определяют по формуле

(11)

где t_н.р — температура начала разгонки топлива, °С; t_к.р — температура конца разгонки топлива, °С.

Полученное значение октанового числа сравнивают с нормами ГОСТа на бензины и делают вывод, соответствует ли данный бензин по октановому числу, определенному конкретным методом испытаний, нормам ГОСТа на данную марку бензина.

В топлива, антидетонационные свойства которых не соответствуют эксплуатационным требованиям, добавляют высокооктановые компоненты (изооктан, алкилбензин, толуол, изопентан) или антидетонаторы. При добавлении 15…40 % высокооктановых компонентов к базовым сортам топлива получают бензины с высокой детонационной стойкостью.

Антидетонаторами называют металлорганические соединения, при добавлении которых в незначительном количестве резко повышаются антидетонационные свойства бензинов. Самые дешевые из них — тетраэтилсвинец (ТЭС) или тетраметилсвинец (ТМС) в составе этиловой жидкости. ТЭС и ТМС являются ядовитыми.

В качестве альтернативы ТЭС и ТМС для повышения детонационной стойкости бензинов используют соединения марганца, пентакаробонил железа, дициклопентадиенил железа, или ферроцен, и диизобутиленовый комплекс пентакарбонила железа, а также кислородсодержащие соединения. В многофункциональные присадки и добавки вводят моющие, антиокислительные, антикоррозионные и другие компоненты.

В России и за рубежом при производстве высокооктановых бензинов широко применяют метилтретбутиловый эфир (МТБЭ).

Антидетонационная присадка на основе МТБЭ не ядовита, отличается более высокой теплотой сгорания, хорошо смешивается с бензином в любых соотношениях, не агрессивна к конструкционным материалам. При добавке 10 % МТБЭ октановое число бензинов повышается на 2,1…5,8 (по исследовательскому методу), при добавке 20 % — на 4,6…12,6. Кроме того, при введении МТБЭ в бензин в количестве 11 % минимальная температура холодного пуска двигателя снижается на 10…12 °С. Максимально допустимое содержание МТБЭ (ТУ 103704–90) или его смеси «Фетерол» (ТУ 301-03-130–93) в отечественных бензинах составляет 15 %. Однако производство МТБЭ планируется сокращать, хотя он не представляет угрозы для здоровья. Причина в том, что МТБЭ легко проникает в грунтовые воды и имеет неприятный запах. Он обнаружен в малых количествах во многих источниках водоснабжения.

В качестве антидетонационных присадок применяют также составы, содержащие марганец и железо. Они имеют высокие антидетонационные свойства и менее токсичны по сравнению с ТЭС. Однако бензины с марганцевыми антидетонаторами (ЦТМ, МЦТМ) образуют отложения на поверхностях свечей зажигания и катализаторах дожигателя, снижая эффективность их работы. Кроме того, соединения марганца при вдыхании обладают нейротоксичным действием и при массовом применении в местах скопления автомобилей на закрытых стоянках или в ремонтных зонах могут превысить предельно допустимую концентрацию.

Стандартом на автомобильные бензины ГОСТ Р 51105–97 предусмотрена выработка бензина «Нормаль-80» и «Регуляр-91» с содержанием марганца соответственно 50 и 18 г/дм³.

Железосодержащие присадки (ферроцены) не токсичны, сравнительно дешевы и эффективны, но вызывают повышенный износ деталей двигателей, интенсивное нагарообразование и отложение лаковых пленок. При концентрациях ферроценов до 40 мг/кг интенсивность изнашивания деталей снижается, но остается выше, чем при использовании бензинов без присадки. К применению допущены антидетонаторы на основе ферроцена при содержании железа в бензинах всех марок не более 37 мг/дм3.

Исходя из постоянно возрастающих требований к надежности и экологическим характеристикам двигателей этилированный бензин признан не соответствующим по техническому уровню

стандарту EN 228, поэтому его производство в России и других странах мира прекращено. Применение бензинов с металлосодержащими присадками рассматривается как временная альтернатива этилированным бензинам.

В приложении 9 приведены наиболее распространенные антидетонационные присадки к топливам.

9. Экология автомобильных бензинов

Продукты сгорания моторных топлив являются одним из основных загрязнителей воздушного бассейна. По мере увеличения потребления топлив возрастает содержание в воздухе таких наиболее токсичных составляющих отработавших газов двигателей, как соединения свинца, оксиды азота, монооксид углерода, несгоревшие ароматические углеводороды, особенно бензол. Опасен также твердый продукт неполного сгорания топлив — сажа. Вредное воздействие сажи на человека связано с адсорбцией ее частицами многих продуктов сгорания, стимулирующих образование злокачественных опухолей.

При сгорании бензинов наиболее агрессивными в составе отработавших газов являются соединения свинца, бенз(α)пирена и окислы азота. Большую угрозу для здоровья человека представляют и пары бензинов, содержание которых в атмосфере с увеличением объема производства нефтяных продуктов также возрастает. Таким образом, токсичность отработавших газов и паров моторных топлив зависит от их углеводородного состава и наличия различных добавок. Добиться улучшения качества бензинов с целью повышения экологической безопасности их применения можно путем оптимизации углеводородного и химического состава топлив. Ориентирами при разработке и внедрении бензинов с улучшенными экологическими показателями являются нормы европейских стандартов на бензины EN 228, а также фактические показатели качества европейских топлив, которые, как правило, выше норм, регламентируемых международными стандартами.

Повысить качество автомобильных бензинов можно за счет следующих мероприятий:

• отказ от применения в составе бензинов соединений свинца;
• снижение содержания в бензине серы до 0,05 %, а в перспективе — до 0,003 %;
• снижение содержания в бензине ароматических углеводородов до 45 %, а в перспективе — до 35 %;
• нормирование концентрации фактических смол в бензинах на месте применения на уровне не более 5 мг на 100 см3;
• деление бензинов по фракционному составу и давлению насыщенных паров на 8 классов с учетом сезона эксплуатации автомобилей и температуры окружающей среды, характерной для конкретной климатической зоны. Наличие классов позволяет выпускать бензин со свойствами, оптимальными для реальных температур окружающего воздуха, что обеспечивает работу двигателей без образования паровых пробок при температурах воздуха до 60 °С, а также гарантирует высокую испаряемость бензинов и легкий пуск двигателя при температурах ниже –35 °С;
• введение моющих присадок, не допускающих загрязнения и осмоления деталей топливной аппаратуры.

В приложении 10 приведены действующие на территории Таможенного союза требования к экологическим классам автомобильных бензинов (ТР ТС 013/2011).

Концентрация фактических смол в отечественных бензинах на месте производства не должна превышать 5 мг на 100 мл (ГОСТ 31077–2002, СТБ 1656–2011). Фактическое содержание смол в бензинах, особенно поступающих после многолетнего хранения из Госрезерва, зачастую превышает этот уровень, что способствует быстрому осмолению деталей топливной аппаратуры.

Экологичность применения автомобильных топлив достигается путем:

• повышения качества бензина до уровня европейского стандарта по содержанию серы и бензола. При отсутствии свинца экологическая агрессивность отработавших газов снижается на 4 %;
• использования МТБЭ, уменьшающего агрессивность отработавших газов на 3 % в основном за счет замещения ароматических составляющих бензина кислородсодержащей добавкой и более полного сгорания топлива (снижение СО на 12 %);
• применения моющей присадки, снижающей агрессивность выбросов на 5 %.

Суммарное снижение агрессивности за счет всех мероприятий по повышению качества бензина составляет 12 %, в то время как увеличение затрат на производство бензина с улучшенными экологическими показателями относительно невелико и не превышает 5…8 % себестоимости изготовления бензина.

В соответствии с СТБ 1656–2011 «Топливо для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированные бензины» в Беларуси предусмотрен выпуск бензинов, удовлетворяющих экологическим требованиям европейских норм EN 228:2008.

Законодательством США приняты поправки к закону о чистом воздухе, которые в связи с изменениями экологических требований к топливам после запрета свинцовых антидетонаторов предусматривают переход на использование реформулированных бензинов. В соответствии с принятыми поправками выдвинуты более жесткие требования к бензинам по показателям: давление насыщенных паров; фракционный состав; содержание ароматических углеводородов, бензола, олефинов, серы. Предусмотрено обязательное добавление в реформулированные бензины кислородсодержащих соединений (не менее 0,8 % по кислороду) и моющих присадок.

10. Ассортимент бензинов

В настоящее время на территории Республики Беларусь действуют следующие нормативные документы, определяющие свойства автомобильных бензинов:

• СТБ 1656–2011 «Топливо для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированные бензины»;
• ГОСТ 31077–2002 «Топливо для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированные бензины»;
• технический регламент Республики Беларусь ТР 2008/011/BY «Автомобильный бензин и дизельное топливо. Безопасность»;
• технический регламент Таможенного союза ТР ТС 013/2011

«О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту».

На территории Российской Федерации действует стандарт на автомобильные бензины ГОСТ Р 51313–99 «Бензины автомобильные. Общие технические требования».

Рассмотрим основные требования к автомобильным бензинам согласно ГОСТ 31077–2002 (табл. 5).

Таблица 5. Показатели качества автомобильных бензинов (ГОСТ 31077–2002)

Показатель	«Нормаль-80»	«Регуляр-91»	«Регуляр-92»	«Премиум-95»	«Супер-98»
Октановое число, не менее:
по исследовательскому методу	80	91	92	95	98
по моторному методу	76	82,5	83	85	88
Концентрация свинца, г/дм3, не более	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005
Концентрация марганца, мг/дм3, не более	50	18	—	—	—
Концентрация фактических смол, мг/100 см3, не более	5	5	5	5	5
Индукционный период бензина, мин, не менее	360	360	360	360	360
Плотность при 15 °С, кг/м3	700…750	725…780	725…780	725…780	725…780
Массовая доля серы, %, не более	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02
Объемная доля бензола, %, не более	5	5	5	5	5
Внешний вид	Чистый, прозрачный

Все автомобильные бензины, выпускаемые по техническим условиям, должны проходить сертификацию на соответствие общим техническим требованиям ГОСТ 31077–2002.

С целью повышения качества бензина до уровня европейских стандартов EN 228:2008 был разработан СТБ 1656–2011. Автомобильные бензины должны соответствовать требованиям этого стандарта, согласно которому допускается использовать красители и вещества-метки при условии, что они не оказывают побочного вредного воздействия на двигатель и систему подачи топлива. В стандарте установлены марки неэтилированных бензинов и их

виды. При этом требования к бензинам марки АИ-95-Евро вид I и марки АИ-98-Евро вид I соответствуют требованиям европейского стандарта. Требования к бензинам марки АИ-92-Евро, а также АИ-95-Евро и АИ-98-Евро вид II установлены дополнительно и учитывают положения технического регламента Республики Беларусь ТР 2008/011/BY (табл. 6).

Таблица 6 Показатели качества автомобильных бензинов (ТР 2008/011/BY)

Показатель	Значение
Октановое число, не менее, определенное по исследовательскому методу (моторному методу):
АИ-92-Евро	92 (83)
АИ-95-Евро	95 (85)
АИ-98-Евро	98 (88)
Массовая концентрация свинца, мг/л, не более	5
Плотность при 15 °С, кг/м3	720…775
Массовая доля серы, мг/кг, не более:
Вид I	10
Вид II	50
Концентрация смол, мг/100 мл, не более	5
Коррозия медной пластинки (3 ч при 50 °С)	Класс 1
Массовая доля кислорода, %, не более	2,7
Внешний вид	Прозрачный и чистый
Массовая доля углеводородов, мг/кг, не более:
олефиновых	18
ароматических:
Вид I	35
Вид II	42
Стойкость к окислению, мин, не менее	360
Объемная доля бензола, %	1
Объемная доля оксигенатов, %, не более:
метанола	1
этанола	5
изопропилового спирта	10
изобутилового спирта	10
третбутилового спирта	7
эфиров (5 или более атомов С)	15
других оксигенатов	10

В маркировке бензинов АИ-92, АИ-95 и АИ-98 буква А означает, что бензин автомобильный, буква И с последующей цифрой — октановое число, определенное по исследовательскому методу.

Токсичность продуктов сгорания бензинов во многом определяется содержанием в них серы, бензола и ароматических углеводородов. Высокое содержание серы в автомобильных бензинах увеличивает выбросы оксидов серы, которые губительно действуют на здоровье человека, животный и растительный мир, конструкционные материалы. Поэтому в зависимости от содержания серы и ароматических углеводородов бензины делятся на два вида: I и II (см. табл. 6).

При сгорании бензола образуются полициклические ароматические углеводороды (бенз(α)пирены), которые обладают канцерогенными свойствами, т.е. вызывают раковые заболевания. Отработавшие газы, в составе которых содержится более 300 вредных соединений, также загрязняют окружающую среду.

Для обеспечения надежной эксплуатации транспортных средств в различных сезонных и климатических условиях выделены 10 классов бензинов по испаряемости: А, В, С, С₁, D, D₁, E, E₁, F, F₁. С повышением класса возрастает минимальное и максимальное давление насыщенных паров, а также объемная доля испарившегося бензина при 70 °С. На территории Республики Беларусь рекомендуется применять следующие классы бензинов:

• класс В — в летний период (с 1 апреля по 30 сентября);
• класс D₁ — в переходный период (с 1 по 30 октября);
• класс D — в зимний период (с 1 ноября по 31 марта). Одновременное использование летних и зимних сортов бензи-

на или их смесей при переходе двигателей с летней эксплуатации на зимнюю и наоборот допускается в течение месяца. В остальное время бензин должен соответствовать климатическим условиям. Использование зимой летних сортов бензина, например, ведет к перерасходу топлива на 3…5 %.

Бензин «Нормаль-80» применяют в основном для грузовых автомобилей и устаревших моделей двигателей со степенью сжатия, равной 6,5…7.

Бензины с октановыми числами 91, 92, определенными по исследовательскому методу, предназначены для среднефорсированных двигателей легковых автомобилей со степенью сжатия 8…11 и некоторых грузовых автомобилей. Бензины АИ-95, «Премиум-95», АИ-98, «Супер-98» используют в двигателях легковых автомобилей со степенью сжатия 8…12. Следует соблюдать соответствие марок автомобильных бензинов заводским инструкциям для данного автомобиля.

Рассмотрим основные требования к автомобильным бензинам согласно ГОСТ Р 51313–99 (табл. 7). Установленные этим стандартом требования следует обязательно включать во все нормативные документы Российской Федерации на автомобильные бензины. Стандарт допускает производство этилированного автомобильного бензина только марки А-76 (АИ-80), который предназначен для работы устаревших грузовых автомобилей типов ЗИЛ и ГАЗ, доля которых в автомобильном парке снижается, а следовательно, уменьшается потребность в этом бензине.

Таблица 7. Показатели качества автомобильных бензинов (ГОСТ Р 51313–99)

Показатель	Тип бензина
	I	II	III	IV
Октановое число, не менее, определенное:
исследовательским методом	80	91	95	98
моторным методом	76	–	–	–
Концентрация свинца, г/дм3, не более, в бензине:
неэтилированном	0,013	0,013	0,013	0,013
этилированном	0,17	–	–	–
Давление насыщенных паров, кПа	35…100	35…100	35…100	35…100
Температура перегонки 90 % бензина, °С, не выше	190	190	190	190
Температура конца кипения, °С, не выше	215	215	215	215
Остаток в колбе, %, не более	1,5	1,5	1,5	1,5
Массовая доля серы, %, не более	0,1	0,05	0,05	0,05
Объемная доля бензола, %, не более	5	5	5	5

Однако требования ГОСТ Р 51313–99 не соответствуют принятым международным нормам, особенно экологическим требованиям. С целью повышения качества бензина до уровня европейских стандартов разработан ГОСТ Р 51105–97, которым предусмотрен выпуск неэтилированных бензинов марок «Нормаль-80», «Регуляр-91», «Премиум-95» и «Супер-98» (табл. 8).

Таблица 8 Показатели качества автомобильных бензинов (ГОСТ Р 51105–97)

Показатель	«Нормаль-80»	«Регуляр-91»	«Премиум-95»	«Супер-98»
Октановое число, не менее, определенное:
исследовательским методом	80	91	95	98
моторным методом	76	82,5	85	88
Концентрация свинца, г/дм3, не более	0,01	0,01	0,01	0,01
Концентрация марганца, мг/дм3, не более	50	18	—	—
Содержание фактических смол, мг/100 см3, не более	5	5	5	5
Индукционный период бензина, мин, не менее	360	360	360	360
Плотность при 15 °С, кг/м3	700…750	725…780	725…780	725…780
Остаток в колбе, %, не более	1,5	1,5	1,5	1,5
Массовая доля серы, %, не более	0,05	0,05	0,05	0,05
Объемная доля бензола, %, не более	5	5	5	5

Примечание. Все бензины выдерживают испытание на медной пластинке.

Бензины «Премиум-95» и «Супер-98» полностью отвечают европейским требованиям и предназначены в основном для импортных автомобилей.

Чтобы обеспечить крупные города и другие регионы России с высокой плотностью автомобильного транспорта экологически чистым топливом, на современном этапе предусмотрено производство неэтилированных бензинов с улучшенными экологическими показателями («Городские» АИ-80ЭК, АИ-92ЭК, АИ-95ЭК, АИ-98ЭК; «Яр-Марка 92Е» и «Яр-Марка 95Е»). По сравнению с бензинами по ГОСТ Р 51105–97 для этих бензинов предусмотрены более жесткие нормы по содержанию бензола, нормирование ароматических углеводородов и добавление моющих присадок.

Также ряд бензинов в России выпускается по техническим условиям. По ТУ 401-58-220–98 производят автомобильные неэтилированные бензины, содержащие антидетонационную присадку АПК, следующих марок: А-76, «Нормаль-80», «Регуляр-91», АИ-92, АИ-93, «Премиум-95», «Супер-98». По ТУ 401-58-235–99

выпускают автомобильный компаундированный бензин, получаемый компаундированием товарных автомобильных бензинов АИ-93 и А-80 с изопентан-пентановой фракцией и антидетонационными присадками «Октан Максимум», «Супер Октан» и др.

В зависимости от соотношения компонентов вырабатывают бензины двух марок: АКЗ-1 зимний (октановое число 93 по исследовательскому методу) и АКЗ-2 летний (октановое число 92 по исследовательскому методу).

По ТУ 401-58-240–99 производят автомобильный неэтилированный бензин, вырабатываемый из бензиновых фракций и газового конденсата с добавлением антидетонационных присадок

«Супер Октан», МТБЭ и др. Выпускают бензин следующих марок: А-76, «Нормаль-80», «Регуляр-91», АИ-92, АИ-93, «Премиум-95» (АИ-95), «Супер-98» (АИ-98).

По ТУ 401-58-244–99 производят неэтилированные автомобильные бензины, содержащие этанол. Эти бензины используют как для карбюраторных, так и для двигателей с непосредственным впрыскиванием. Бензин получают путем компаундирования неэтилированных бензинов с этиловым декстурированным спиртом. Этанол используют как высокооктановый компонент смешения. Его можно применять в качестве заменителя бензина. Установлены

следующие марки бензинов, содержащих этанол: АИ-92Э, АИ-93Э, АИ-95Э, АИ-98Э.

По ТУ 401-58-264–00 выпускают неэтилированный автомобильный бензин (городской), предназначенный для использования в густонаселенных районах страны. В состав бензина введены различные присадки и добавки, повышающие его эксплуатационные свойства.

По ТУ 401-58-95–94 выпускают неэтилированные бензины с улучшенными экологическими и эксплуатационными свойствами: АИ-80Ф, АИ-91Ф, АИ-92Ф, АИ-93Ф. В них добавляют антидетонационную присадку «Ферро 3» и моющую присадку «Афен» или «Автомаг».

По техническим условиям производят всесезонные автомобильные бензины «Евро-Супер-95» и АИ-95 «Супер плюс», в которых присутствует кислородсодержащий компонент МТБЭ.

По ТУ 401-58-288–01 выпускают автомобильный неэтилированный бензин четырех марок, содержащий метанол: АИ-80М, АИ-92М, АИ-95М, АИ-98М. В эти технические условия включены нормы по температуре начала помутнения, содержанию метанола и железа.

Летние сорта бензинов применяют во всех районах России, кроме северных и северо-восточных, с 1 апреля по 1 октября, а в южных районах — круглый год. Зимние сорта бензинов применяют в северных и северо-восточных районах в качестве всесезонного топлива, а в остальных районах — с 1 октября по 1 апреля.

Первоочередные задачи, решаемые в области производства отечественных автомобильных бензинов, следующие:

• осуществление полного перехода на производство и применение только неэтилированных бензинов;
• увеличение производства неэтилированных бензинов с октановыми числами свыше 91 (по исследовательскому методу);
• увеличение выпуска автомобильных бензинов, содержащих различные спирты;
• организация поставки бензинов с улучшенными экологическими свойствами в города и районы с высокой плотностью транспортных средств.