4.5 Свойства бензинов, влияющие на образование отложений в двигателе

3.5.1. Стабильность топлив

Под стабильностью топлива понимают его способность сохранять свойства в допустимых пределах для конкретных эксплуатационных условий. Стабильность топлив зависит прежде всего от их физико-химических свойств (плотности, вязкости, температуры кипения, углеводородного состава), 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, учитывая, что при изменении некоторых его физических свойств в нем могут возникнуть изменения химического порядка и наоборот.

Физическая стабильность топлив. Физическую стабильность топлива определяют как его способность 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 в ряде случаев предопределяется относительно высокой испаряемостью бензина.

Конструкция топливных баков должна исключать возможность свободного сообщения их внутреннего объема с атмосферой. Для исключения испарения топливные баки защищают от прямых солнечных лучей элементами конструкции автомобиля или специальными экранами. Это позволяет свести к минимуму их нагрев солнечными лучами и теплом от двигателя.

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

Содержание ароматических углеводородов в топливе допускается в ограниченных количествах. Это связано с тем, что у них наивысшая по сравнению с другими углеродами гигроскопичность.

Химическая стабильность. Под химической стабильностью топлива понимают его способность сохранять без изменений свой химический состав.

В условиях длительного хранения некоторые из соединений (сернистые, кислородные, азотистые и металлорганические) могут вступать в реакции окисления (основная реакция, вызывающая изменение эксплуатационных свойств углеводородных топлив), полимеризации и конденсации.

Химическая стабильность бензинов зависит от состава и строения входящих в них углеводородов. Наиболее склонны к окислению непредельные углеводороды, взаимодействие которых с кислородом воздуха зависит от их строения, числа и расположения двойных связей. Парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды в условиях хранения и транспортирования окисляются сравнительно медленно. Образующиеся в процессе окисления кислые соединения сами являются катализаторами, ускоряющими дальнейшее окисление топлива. Поэтому этот процесс оценивают как самоускоряющийся или авто каталитический. Окисление топлива с ростом его температуры усиливается.

Процесс окисления углеводородов объясняют теорией цепных реакций, протекание которых сопровождается образованием наряду с конечными продуктами промежуточных нестойких соединений - перекисей, разлагающихся с выделением количества энергии, достаточного для продолжения реакционной цепи без подвода энергии извне.

Содержание в топливе кислот и других продуктов с кислотной реакцией характеризуется показателем, называемым кислотностью топлива, с увеличением которого возрастает его коррозионная агрессивность и повышается износ двигателя. Его значение определяют количеством щелочи КОН в мг, которое необходимо для нейтрализации 100 мл топлива.

Наличие в топливе сернистых соединений (особенно дисульфидов и меркаптанов) ухудшает его стабильность и способствует смолообразованию.

В результате окисления бензинов образуются растворимые органические кислоты, смолистые вещества. Содержанием фактических смол - продуктов реакций окисления, полимеризации и конденсации определяют степень осмоления бензинов.

Содержание фактических смол, нормируемое стандартами, определяют испарением горячим воздухом определенного количества топлива при повышенной температуре (для бензина 150°С, дизельного топлива 250°С) по остатку, полученному после испарения. Наличие фактических смол оценивают в миллиграммах на 100 мл топлива. Для бензина, например, оно составляет не более 5 мг/100 см³ на месте производства, а на месте потребления 10 мг/100 см³ по ГОСТ 2084-77, а по ГОСТ 51105-97 введено одно значение – на месте потребления – не более 5 мг/100 см³.

Так как входящие в состав топлива углеводороды бесцветны, его окраска в желто-коричневые цвета объясняется наличием в нем смолистых веществ. Поэтому о наличии смол в топливе можно визуально судить по его цвету.

При содержании фактических смол в пределах, допускаемых стандартами, двигатели длительное время работают без повышенного смоло- и нагарообразования. Если содержание смол в два-три раза выше нормы, что при эксплуатации автомобилей нередкое явление, то моторесурс бензинового двигателя снижается на 20-25%, и, кроме того, возникают различные неполадки (зависают клапаны и т.д.).

Способность бензина сохранять свой состав неизменным при соблюдении условий перевозки, хранения и использования оценивают индукционным периодом (индекс испаряемости). Этот показатель определяют по времени в минутах от начала окисления бензина до активного поглощения им кислорода в лабораторной установке (герметичном сосуде) при искусственном окислении бензина (температура 100±1 °С в атмосфере сухого и чистого кислорода при давлении 0,7 МПа). Это время для бензинов различных марок колеблется от 360 до 1250 мин. Бензины, применяемые в зимний период, должны иметь большой индекс испаряемости. Значительное накопление смол и других продуктов окисления, недопустимое ухудшение эксплуатационных свойств бензина начинается после того, как время окисления превысит индукционный период.

Низкая химическая стабильность топлив влияет на образование различных отложений на деталях двигателя, что приводит к ухудшению его работы.

Для повышения химической стабильности бензиновых дистиллятов наиболее перспективна гидроочистка. Этот метод позволяет повысить стабильность и снизить содержание сернистых соединений.

Считают, что наиболее эффективный и экономически выгодный способ повышения химической стабильности бензиновых фракций - введение специальных многофункциональных антиокислительных присадок - соединений фенольного, аминного и аминофенольного типов, способных обрывать цепные реакции окисления, тормозить окислительные процессы в бензинах, увеличивая тем самым индукционный период окисления. Такие присадки придают топливам, кроме того, противоизносные (смазывающие) и защитные (противокоррозионные) свойства. Бензины стабилизируют следующими антиокислителями: древесно-смольным, ФЧ-16, п-оксидифениламином, ионолом.