Реферат
Зміст
- Отримання базових бензінів
- Заборонені способи підвищення октанового числа бензину
- Методи вимірювання октанового числа
- Моторний метод визначення октанового числа
- Дослідницький метод визначення октанового числа
- Експрес метод
- Висновок
- Список джерел
1. Отримання базових бензінів
Бензини – легкозаймисті безбарвні або злегка жовті (при відсутності спеціальних добавок) рідини, що мають щільність (700-780) кг/м. Бензини мають високу летючість, і температуру спалаху в межах (20-40) градусів за Цельсієм. Температура кипіння бензинів знаходиться в інтервалі від 30 до 200 C. Температура застигання – нижче -60 градусів. При згорянні бензинів утворюється вода і вуглекислий газ. При концентраціях пари в повітрі (70-120) г/м3 утворюються вибухові суміші.
Довгий час бензин отримували шляхом ректифікації (перегонки) та відбору фракцій нафти, що википають в певних температурних межах (до 100 C – бензин I сорту, до 110 C – бензин спеціальний, до 130C – бензин II сорту). Однак загальним властивістю цих бензинів є низьке октанове число. Взагалі отримання прямогонних бензину з октановим числом вище 65 по моторному методу рідко і можливо лише з нафти Азербайджану, Середньої Азії, Краснодарського краю і Сахаліну. Однак навіть для дистилятів з цих нафт характерно різке зниження октанового числа з ростом температури кінця відбору. Тому всю бензинову фракцію (кк. 180°C) використовують рідко. Для нафт. Урало-Волзького басейну, Казахстану, а також родовищ Західного Сибіру характерно переважання нормальних парафінових вуглеводнів, тому прямогонні бензини з них характеризуються низькими октановими числами. Це спонукало нафтопереробників ще в 1930-і роки відбирати фракцію до (90-95)°C, щоб в неї не потрапляв н-гептан, або включати в відбір більш важкі фракції з їх подальшою чіткої ректифікації для видалення нормальних парафінів. Подібна денормализация
прямогонних бензинів дозволяє довести октанове число до (74-76) пунктів з істотним, однак, зниженням виходу цільового продукту. В даний час з нафт відганяють фракцію НК-180°C, яку потім вдруге ділять на фракції НК-62°C або НК-85°C. Ці останні дистиляти використовують як компоненти товарних бензинів, або направляють на облагороджування (ізомеризація).
Рисунок 1. (5 кадрів, 1200мс, повторів – необмежена)
Автомобільні бензини в силу своїх фізико-хімічних характеристик повинні мати наступні властивості:
- однорідність суміші;
- щільність палива – при +20°С повинна складати (690 – 750) кг / м2;
- невелику в'язкість – з її збільшенням не може перебіг палива через жиклери, що веде до збіднення суміші. В'язкість в значній мірі залежить від температури. При зміні температури від +40 до -40 ° С витрата бензину через жиклер змінюється на (20-30)%;
- випаровуваність – здатність переходити з рідкого стану в газоподібний. Автомобільні бензини повинні мати таку испаряемостью, щоб забезпечувалися легкий пуск двигуна (особливо взимку), його швидкий прогрів, повне згоряння палива, а також виключалося освіту парових пробок у паливній системі;
- тиск насичених парів – чим вище тиск парів при випаровуванні палива в замкнутому просторі, тим інтенсивніше процес їх конденсації. Стандартом обмежується верхня межа тиску парів влітку - до 670 ГПа і взимку – від 670 до 930 ГПа. Бензини з більш високим тиском схильні до утворення парових пробок, при їх використанні знижується наповнення циліндрів і втрачається потужність двигуна, збільшуються втрати від випаровування при зберіганні в баках автомобілів та на складах;
- низькотемпературні властивості – здатність бензину витримувати низькі температури;
- згоряння бензину – під
згорянням
стосовно до автомобільних двигунів розуміють швидку реакцію взаємодії вуглеводнів палива з киснем повітря з виділенням значної кількості тепла. Температура парів при горінні досягає від 1500 до 2400 °С.
1.1 Різновид бензину
Автомобільні бензини підрозділяються на літні та зимові (в зимових бензинах міститься більше низкокипящих вуглеводнів).
Основні марки автомобільних бензинів:
- нормаль-80 – з октановим числом по дослідницькому методу не менше 80;
- регуляр-92 – з октановим числом по дослідницькому методу не менше 92;
- преміум-95 – з октановим числом по дослідницькому методу не менше 95;
- супер-98 – з октановим числом по дослідницькому методу не менше 98.
Норми і вимоги до якості автомобільних бензинів представлені в таблиці 1.
| Показатели | Нормаль-80 | Регуляр-91 | Преміум-95 | Супер-98 |
|---|---|---|---|---|
| Октанове число, не менше: моторний метод | 76,0 | 82,5 | 85,0 | 88,0 |
| Октанове число, не менше: дослідницький метод | 80,0 | 91,0 | 95,0 | 98,0 |
| Вміст свинцю, г / дм3, не більше | 0,010 | 0,010 | 0,010 | 0,010 |
| Вміст марганцю, мг / дм3, не більше | 50 | 18 | – | – |
| Концентрація фактичних смол, мг / 100 см3, не більше | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
| Масова частка сірки,%, не більше | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
| Об'ємна частка бензолу,%, не більше | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Зовнішній вигляд | Чистий, прозорий | Чистий, прозорий | Чистий, прозорий | Чистий, прозорий |
| Густина при 15 ° С, кг/м3 | 700-750 | 725-780 | 725-780 | 725-780 |
1.2 Маркування бензину
Відповідно до ГОСТ Р54283-2010, автомобільні бензини маркуються трьома групами знаків, розділеними рискою (наприклад, АІ-92-4
):
- літери
АІ
(бензин автомобільний з октановим число виміряних дослідним методом ГОСТ 8226-82); - октанове число, виміряний дослідним методом (наприклад, 80, 92, 95 або 98);
- – число 2, 3, 4 або 5 – клас бензину по число збігається з номером екологічного стандарту серії
Євро
, якому повинен відповідати бензин (2 для Євро-2, 3 для Євро-3 і т. д.).
Так само існують ще інші види бензинів:
- авіаційні бензини;
- бензини-розчинники;
- екстракційні бензини;
- бензини для нафтохімії.
2. Заборонені способи підвищення октанового числа бензину
Октанове число – це фактично рівень детонації, при якому бензин запалюється і вибухає в камері згоряння автомобіля.
Якщо бензин запалиться раніше ніж треба, в той час коли ще не закриті повністю впускні клапана і циліндр не перебуває у верхній точці то природно двигун, не те що не буде працювати на повну потужність, а буде працювати некоректно, що ще гірше, фактично ми отримаємо детонацію але про це далі. При такому низькому октановим числом ми отримаємо при тривалій експлуатації купу проблем з частинами двигуна – знос клапанів, сідел під них і додатковий нагар і т.д. Крім того невідповідність октанового числа для двигуна тягне за собою і ту саму додаткову детонацію, яку часто плутають з стуком клапанів.
Октанове число виходить шляхом зсуву складових бензину. Изооктан – речовина яке майже не вибухонебезпечне при підвищенні тиску, і його детонаційна стійкість була прийнята за 100 одиниць. У той же час н-гептану абсолютно не стійкий до детонації при підвищенні тиску (можна сказати самодетонірующій), тому його детонаційна стійкість прийнята за 0. Саме суміш даних вещест і дозволяє регулювати октанове число в бензині. Крім того в бензин доданий триметилпентан, від якого октанове число мало залежить. Бувають бензини і з октановим числом більше 100 одиниць для них використовують ізооктан з додаванням різних обсягів присадок Тут в хід йде все, що горить: сировина для нафтопереробки, стабільний бензин, газовий конденсат з додаванням продуктів коксохімічних виробництв для підвищення октанового числа.
В базове сировину
(для того, щоб надати паливу нормальний вигляд) найчастіше додають наступні інгредієнти
:
- тетраетилсвинець – додавання розчину тетраетилсвинцю (ТЕС) дозволяє збільшити октанове число на 5-10 одиниць. Наприклад, етилований бензин АІ-98 довгий час створювався додаванням ТЕС до бензину АІ-93. До сих пір, за оцінками експертів, Україна залишається найбільшим в Європі споживачем ТЕС, який присутній в п'ятій частині продаваного бензину. Підвищує токсичність, змінює температуру згоряння палива, що призводить до закоксовування поршневих кілець, клапанів і відкладенням на стінках циліндрів;
- нафталін – це засіб від молі підвищує октанове число на 5 – 6 одиниць. Утворює значна кількість нагару в паливній системі і кристалізується, забиваючи шланги, бензонасос і форсунки інжектора;
- залізовмісні присадки – здатні збільшити октанове число на 3 – 6 одиниць. Перевищення концентрації приводить до утворення
іржавого нагару в циліндрах, виходу з ладу свічок і зменшення терміну служби двигуна;
- з'єднання бензолу – часто для додання бензину
марки
використовують бензол, толуол та інші ароматичні вуглеводні. Ці сполуки, з октановим числом вище 100, набагато дешевше ТЕС, та й придбати їх простіше, ніж той же нафталін. Бензолосодержащіе речовини є сильними розчинниками, які знищують практично всі еластичні деталі мотора і приводять до активної корозії; - метил-трет-бутиловий ефір – додавання (7 – 11)% метил-трет-бутилового ефіру (МТБЕ) в бензини робить з 92 бензину А95. Атоми кисню в МТБЕ і в його суміші з трет-бутиловим спиртом (фетерол) покращують процес згоряння палива, підвищуючи економічність двигуна. Без дорогих присадок-утримувачів за кілька годин МТБЕ випаровується, а октанове число бензину падає – виникає детонація;
- етиловий спирт – при додаванні 5 – 20% спирту в бензин, октанове число зростає на 3 – 8 одиниць (з 76 можна отримати 92, а з 92 – А95 рівня
супер-пупер-преміум
), при цьому поліпшується процес згоряння, зростають потужність і ККД двигуна. У бензин можна додавати тільки зневоднений спирт, а він коштує дорого. Інакше суміш швидко розпадається і октанове число падає: виникає детонація, стукіт клапанів; - ацетон – зовсім нехитрий спосіб підняти октанове число до необхідного стандартом рівня. Суміш ацетону з бензином викликає корозію металу, роз'їдає сальники і прокладки.
Підвищити якість автомобільних бензинів можна за рахунок наступних заходів:
- незастосування свинцевих з'єднань, шкідливих і для двигуна, і для обслуговуючого персоналу;
- зниження вмісту в бензині сірки до 0,05%, а в перспективі до 0,003%;
- зниження вмісту в бензині ароматичних вуглеводнів до 45%, а в перспективі – до 35%;
- нормування концентрації фактичних смол в бензинах на місці застосування на рівні не більше 5 мг на 100 см3;
- ділення бензинів за фракційним складом і тиску насичених парів на 8 класів з урахуванням сезону експлуатації автомобілів і температури навколишнього середовища, характерною для конкретної кліматичної зони. Наявність класів дозволяє випускати бензин з властивостями, оптимальними для реальних температур навколишнього повітря, що забезпечує роботу двигунів без утворення парових пробок при температурах повітря до +60 ° С, а також гарантує високу випаровуваність бензинів і легкий пуск двигуна при температурах нижче -35 ° С;
- введення миючих присадок, що не допускають забруднення і осмоления деталей паливної апаратури.
Найбільш масові вітчизняні бензини А-76, АИ-93 (ГОСТ 2084-77) і АИ-92 (ТУ 38.001165-97) не відповідають зазначеним вимогам за змістом свинцю (для етилованого бензину), масової частки сірки, відсутності регламентації вмісту бензолу і миючих присадок.
3. Методи вимірювання октанового числа
На сьогоднішній день розраховується тільки два офіційних методу визначення октанового числа бензину:
- дослідний метод визначення октанового числа;
- моторний метод визначення октанового числа.
3.1 Моторний метод визначення октанового числа
Моторний метод характеризує детонаційну стійкість бензину в умовах роботи двигуна на максимальних потужностях і при збільшеному тепловому режимі (рух за містом). Випробування бензину проводять при 900 об/хв, температура усмоктуваної суміші 149 ° С, змінний кут випередження запалювання. При перевірці палива даним методом наданий бензин порівнюють із сумішами еталонних палив, поперемінно перемикаючи харчування двигуна з одного палива на інше. В ході дослідження визначають таку суміш еталонного бензину, детонація якої повністю збігається з детонацією представленим взірцем.
3.2 Дослідницький метод визначення октанового числа
Дослідницький метод характеризує детонаційну стійкість бензину в умовах роботи двигуна на частковому навантаженні (рух в місті). Визначення октанового числа бензину за дослідним методом проводиться точно так же, як і по моторному, тобто наданий бензин порівнюють із сумішами еталонних палив. Однак є й деякі відмінності. Зокрема, випробування проходить при 600 об/хв. Крім того, кут випередження запалювання постійний (13° до ВМТ – найвищої точки в відстані, яке проходить поршень при обертанні колінчастого вала), а температура всмоктуваного повітря становить 52°С.
Представлені методи досить трудомісткі, здійснюються в спеціальних приміщеннях добре навченим персоналом на громіздких установках, а також їх тривалість складає (6-8) годин.
3.3 Експрес метод
Також існує експрес метод визначення октанового числа бензину. Для експрес-аналізу складу палива і його октанового числа деякі виробники використовують спеціальні вимірювальні прилади цифрові Октанометр (див. Рис 1.2).
Рисунок 1.2 – Цифровой октанометр
Принцип роботи октанометра заснований на вимірюванні діелектричної проникності автомобільних бензинів. Спочатку в пам'яті цього пристрою зберігаються параметри основних марок палива. При дослідженні зразка бензину його порівнюють з цими марками, а результати виводяться на екран. Цими приладами досить просто користуватися, однак з огляду на те, що такий спосіб не відноситься до офіційних, повністю враховувати результати даного дослідження не рекомендується.
В експрес методі для визначення октанового числа бензину вимірюють температуру бензину і його діелектричну проникність при цій температурі, з літературних джерел встановлено, що залежність діелектричної проникності від октанового числа описується виразом [1]:
- где А – октанове число бензина;
- Х – коефіцієнт пропорційності, який визначається експериментальноо;
- ε – діелектрична проникність бензину;
- a – температурний коефіцієнт, що дорівнює 2,5∙10-21/˚С;
- T – температура бензину.
Використовуючи формулу (1), визначимо межі зміни діелектричної проникності бензину при зміні октанового числа в діапазоні від 80 до 100 і температури від -10˚ до +35˚С. Отримані результати представлені на рисунку 1.3.
Рисунок 1 – Залежність діелектричної проникності від октанового числа і температури
З малюнка 1 випливає, що діелектрична проникність бензину в робочих умовах експлуатації змінюється в діапазоні від 0.5 до 3.43.
Для вимірювання діелектричної проникності бензину пропонується використовувати ємнісний датчик циліндричної форми, габаритні розміри якого представлені на рисунку 2.
Рисунок 2 – Зовнішній вигляд і габаритні розміри ємнісного датчика
Висота внутрішнього циліндра робиться менше зовнішнього для попередження переливання бензину через край датчика і підвищення його чутливості. У цьому випадку робоча висота ємнісного датчика буде дорівнює h = 100 мм.
Визначимо межі зміни ємності датчика при зміні діелектричної проникності від 0.5 до 3.43. Для цього скористаємося залежністю виду:
- где ε – діелектрична проникність;
- ε_0 –електрична постійна, рівна 8,854185∙10-12Ф/м;
- r1, r2 –радіус зовнішнього і внутрішнього електродів;
- h – робоча висота ємнісного датчика.
Графічне представлення залежності ємності від діелектричної проникності бензину представлена на рисунку 3.
Рисунок 3 – Залежність ємності датчика від діелектричної проникності
З малюнка 3 випливає, що при зміні діелектричної проникності від 0.5 до 3.43, ємність датчика змінюється в діапазоні від 15.3 пФ до 104.9 пФ.
Включаємо ємнісний датчик до складу генератора синусоїдального сигналу, зібраний за схемою Клаппа (см. рис. 4) [2]. При зміні діелектричної проникності бензину змінюється ємність датчика і, відповідно, змінюється частота вихідного сигналу генератора, яка є інформаційним параметром.
Рисунок 4 – Принципова схема автогенератора
На відміну від класичної схеми генератора з ємнісний трехточкі
в даній схемі послідовно з індуктивністю контуру включається додатковий конденсатор С3.Загальна ємність контуру Ск при цьому стає менше, ніж при двох конденсаторах. Для збереження тієї ж частоти коливань необхідно збільшити індуктивність контуру Lк.
В результаті виходить контур з великим характеристичним опором. Даний контур, при збереженні тих же втрат, має велику добротністю, а, отже, і кращими еталонними властивостями. Це сприяє підвищенню стабільності частот коливань, що генеруються. Крім того, включення конденсатора С3 зменшує коефіцієнт підключення транзистора до контуру. Цим знижується дестабілізуючий вплив параметрів контуру на частоту генератора [2].
Для зменшення масо-габаритних показників генератора і підвищення його чутливості до зміни діелектричної проникності бензину, а, відповідно, і октанового числа бензину, номінальне значення частоти вибираємо в районі 5 МГц.
Ємнісний датчик підключається паралельно конденсатору С3, в цьому випадку загальна ємність контуру дорівнюватиме:
Залежність частоти вихідного сигналу генератора від діелектричної проникності описується виразом:
Графічне представлення залежності частоти вихідного сигналу генератора від діелектричної проникності представлено на рисунку 5.
Рисунок 5 – Залежність частоти вихідного сигналу генератора від діелектричної проникності
З малюнка 5 випливає, що при зміні діелектричної проникності в діапазоні від 0.5 до 3.43 частота вихідного сигналу генератора синусоїдального сигналу змінюється від 4.82 МГц до 4.06 МГц по нелінійному закону.
Для подальшої обробки сигналу в цифровий частини електронного пристрою необхідно перетворити синусоїдальний сигнал в прямокутні імпульси з допомогою компаратора. При значенні амплітуди вихідного сигналу генератора менше рівня логічної одиниці, необхідно попередньо підсилити синусоїдальний сигнал перед подачею на компаратор.
Використовуючи вирази (1) і (4) отримаємо математичну модель електронного пристрою визначення октанового числа бензину, створеного на базі ємнісного датчика циліндричної форми і включеного в коливальний контур генератора синусоїдального сигналу, зібраного за схемою Клаппа:
4. Висновок
Таким чином, величина і точність визначення октанового числа буде залежати від величини і точності вимірювання частоти вихідного сигналу генератора і температури зразка бензину.
Однак недоліком даного методу вимірювання є недостатня точність визначення якості бензину, тому що в ньому не вимірюється процентний вміст води. З цього для підвищення точності вимірювання необхідно виконати наступні завдання.
- Проаналізувати вплив вмісту води в бензині на його якість.
- Вивчити методи визначення процентного вмісту води в бензині.
- Доопрацювати структурну схему пристрою з урахуванням аналізу змісту води в бензині.
- Розробити схему електронного пристрою з урахуванням аналізу змісту води в бензині, досліджувати його основні характеристики.
Список джерел
- Пат. 2231780 РФ, МПК G 01 N 27 / 22, G 01 N 33 / 22. Способ определения октанового числа бензина / А.И. Кавтарадзе; Кавтарадзе Альберт Иванович (Ru). – заявл. 22.11.2002; опубл. 27.06.2004.
- Модифицированный генератор Клаппа с низкими искажениями [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://promplace.ru/article_single.php?arc=25– Дата доступа: май 2016. – Загл. с экрана.