СТАНДАРТИЗАЦИЯ И АТТЕСТАЦИЯ КАЧЕСТВА
АВТОМОБИЛЬНЫХ И АВИАЦИОННЫХ БЕНЗИНОВ - ЧАСТЬ 3
4. Метод оценки моющих свойств бензинов. В автомобильных двигателях все
более широко используется принудительная вентиляция картера с отсосом
картерных газов во
впускную систему. Различные примеси, содержащиеся в
картер-ных газах, вызывают загрязнение карбюратора и нарушают процесс
смесеобразования. При этом ухудшается экономичность двигателя, а в
отработавших газах увеличивается концентрация токсичных компонентов.
Для поддержания чистоты карбюратора в бензины вводят специальные моющие
присадки, которые могут смывать и удалять уже образовавшиеся отложения
или предотвращать осаждение загрязняющих веществ на деталях карбюратора.
Метод оценки моющих свойств используют как для бензина в чистом виде,
так и для бензина с присадками.
Метод оценки моющих свойств бензинов и присадок, разработанный во ВНИИ
НП [23], базируется на серийной одноцилиндровой установке УИТ-65 или
ИТ9-2, предназначенной для определения детонационной стойкости бензинов.
Для оценки моющих свойств в двигатель между карбюратором и впускным
трубопроводом устанавливается сетка металлическая фильтровальная
саржевого плетения С-90, на которой и образуются отложения.
Характерной особенностью метода является подача во впускную систему
специального загрязнителя. Это позволяет вводить всегда заданное
количество загрязнений и дает возможность численно оценить моющие
свойства бензинов. В качестве загрязнителя используется смесь мазута
М-100 и битума БН-50/50, которые вводятся в двигатель в растворе
изооктана в концентрации 0,2% (масс.) каждый. В качестве базового
топлива используют технический эталонный изооктан, который обладает
плохими моющими свойствами.
Двигатель установки при проведении определения моющих свойств бензина
работает в следующем режиме:
Частота вращения коленчатого вала, об/мин.....900
Степень сжатия.............6
Начальный расход базового топлива, л/г......2,0
Угол опережения зажигания, °п.к.в. до м.в.т......22
Температура воздуха перед карбюратором, °С.....70
Оценка моющих свойств бензинов проводится по
времени, на которое испытуемый образец смывает с сетки отложения,
образующиеся на ней при работе на базовом топливе с подачей
загрязнителя.
Испытание начинается с того, что на сетке после карбюратора накапливают
отложения. Двигатель при этом работает на изооктане, и отдельно во
впускную систему подается раствор загрязнителя. Работает двигатель на
заданном режиме до образования на сетке строго определенного количества
отложений, о массе которых судят по увеличению сопротивления прохождению
топливовоздушной смеси через сетку. После увеличения сопротивления на
сетке на 200 мм вод. ст., которое происходит примерно через 90 мин
работы двигателя, переходят к оценке моющих свойств
испытуемого бензина. Прекращают подачу базового
топлива и раствора загрязнителя и двигатель начинает работать на
испытуемом бензине. Работа двигателя продолжается до тех пор, пока
разряжение во впускном трубопроводе не достигнет значения, которое было
в начале испытания, т. е. до полного удаления отложений с сетки. Моющие
свойства бензина оценивают по времени полного удаления отложений с
сетки.
Результаты некоторых определений — время смывания отложений сетки (в
минутах) — приведены ниже:
Бензин марки
АИ-93...............15
А-76...............* 20
А-72...............24
А-66...............23
Б-70...............31
Смесь изооктана и толуола (1:1)
без присадок.............42
с присадкой № 1 (0,02%).........17
с присадкой № 2 (0,02%).........20
с присадкой № 3 (0,02%).........28
Расхождение при параллельных определениях моющих
свойств одного и того же бензина на одной установке не должно превышать
±2,7 мин при доверительной вероятности 0,95.
Метод позволяет также проводить оценку способности бензинов не только
удалять ранее образовавшиеся отложения, но и предотвращать их
образование в карбюраторе и впускной системе. В этом случае двигатель с
чистой сеткой начинает работать сразу же на испытуемом бензине при
одновременной подаче во впускную систему раствора загрязнителя.
Критерием оценки является степень загрязнения сетки за 4 ч работы
двигателя, которая определяется по величине сопротивления
топливо-воздушной смеси на фильтре. Это сопротивление измеряется водяным
манометром с точностью до 1 мм вод. ст.
Некоторые результаты оценки способности различных бензинов предотвращать
образование отложений и поддерживать чистоту карбюратора и впускной
системы — изменение разрежения на впуске (в мм вод. ст.) после 4 ч
работы двигателя — представлены ниже:
Бензин, образец № 1
без присадок.............22
с присадкой (0,02%) . ......... И
Бензин, образец № 2
без присадок.............31
с присадкой (0,02%)...........15
Бензин марки
А-76..............................16
АИ-93..............................12
Б-70 ....................40
Изооктан...............
Метод позволяет оценивать способность бензинов поддерживать чистоту
карбюратора и определять эффективность присадок.
Расхождение результатов при параллельных
определениях не должно превышать 10% от среднего значения. Стендовые
испытания бензинов показали, что имеется корреляция между результатами
оценки эффективности присадок по описанному выше методу и результатами,
полученными на полноразмерных двигателях.
5. Метод оценки распределения детонационной стойкости по фракциям
автомобильных бензинов. Метод оценивает распределение детонационной
стойкости по фракциям автомобильных бензинов с учетом особенностей
процесса их испарения во впускном трубопроводе карбюраторного двигателя
на переменных режимах работы [24]. Бензин разгоняют в лабораторных
условиях из колбы емкостью 1 л с отводом без дефлегматора на две
фракции: кипящую до Ю0°С (легкую) и кипящую выше 100°С (тяжелую). Для
полученных фракций определяют октановые числа по исследовательскому
методу. В качестве оценочного показателя установлен коэффициент
распределения детонационной стойкости, вычисляемый как частное от
деления октанового числа легкой фракции на октановое число тяжелой
фракции с точностью до 0,01. Чем ближе значение коэффициента
распределения к единице, тем равномернее распределение детонационной
стойкости по фракциям бензинов.
Результаты оценки распределения детонационной стойкости по фракциям
различных компонентов и автомобильных бензинов различных заводов
представлены ниже:
Бензин «Экстра»..............0,96
Бензин марки АИ-93
неэтилированный ............0,88
этилированный.............0,79
этилированный.............0,85
Бензин марки А-76
неэтилированный............1,04
этилированный.............0,86
этилированный.............0,85
Бензин прямой перегонки..........1,36
Бензин термического крекинга.........1,11
Бензин каталитического крекинга жесткого режима . . . 0,78
Воспроизводимость результатов параллельных
определений коэффициента распределения детонационной стойкости для одной
пробы бензина на одной и той же установке не должна превышать ±0,01 от
среднеарифметического сравниваемых результатов. При представлении
результатов испытаний, кроме значения коэффициента, указывают количество
(в мл) и октановое число (по исследовательскому методу) легкой фракции
бензина, выкипающей до 100 °С. Результаты определения коэффициента
распределения для бензинов удовлетворительно коррелируют с результатами
определения дорожного октанового числа.
6. Метод оценки защитных свойств бензинов. В комплекс методов
квалификационной оценки входит определение коррозионной активности
топлив в условиях конденсации воды
(ГОСТ 18597—73). Однако этот метод позволяет проводить испытания лишь в
присутствии дистиллированной воды, в то время как влага, попадающая в
топливо, всегда содержит электролиты, усиливающие электрохимическую
коррозию металла. Кроме того, потери массы пластин по стандартному
методу настолько малы, что не позволяют сравнивать эффективность
действия различных присадок.
Метод оценки защитных свойств разработан во ВНИИ НП [25]. Оценку
защитных свойств бензинов ведут в широкой пробирке с обратным шариковым
холодильником в присутствии трех стальных пластин. В пробирку заливают
100 мл бензина и 20 мл воды, содержащей морскую соль в концентрации 2
г/л. Испытание проводят в течение 4 ч при температуре 60 °С и постоянном
перемешивании содержимого струей воздуха. Воздух подастся через барботер
со скоростью 3 л/ч. Величину защитных свойств бензинов определяют по
разности масс трех пластин до и после испытаний. Если при испытаниях
пластины остаются чистыми и величина коррозии не превышает 1 г/м2, то
считают, что образец бензина выдержал испытания.
Для оценки эффективности защитных присадок подобрано эталонное топливо —
смесь 80% изооктана и 20% толуола. В эталонном топливе коррозия образца
из стали 3 имеет постоянное и высокое значение— 12 г/м2.
Некоторые результаты, иллюстрирующие возможности и чувствительность
метода, представлены ниже:
Сходимость результатов определений характеризуется
величиной среднеквадратичного отклонения, равного 10%. Данные,
полученные по описанному выше лабораторному методу хорошо коррелируют с
результатами хранения образцов бензинов в условиях нсобогрсваемого
склада:
7. Метод оценки склонности автомобильных бензинов к
нагарообразованию. Нагар, образующийся на деталях камеры сгорания,
приводит к повышению требований к детонационной стойкости топлив,
нарушению нормальной работы свечей зажигания, возникновению процесса
неуправляемого воспламенения — калильного зажигания от раскаленных
частиц нагара (см. гл. 1). Оценка этого свойства бензинов имеет важное
эксплуатационное значение.
Метод базируется на бензиновом, двигателе УД-15 [26]. Это — единственный
выпускаемый серийно одноцилиндровый малолитражный двигатель; он
спроектирован на базе двигателя модели МеМЗ-966 автомобиля «Запорожец» и
унифицирован с ним по деталям цилиндро-поршневой группы. Двигатель прост
по конструкции, удобен и легок в обслуживании и эксплуатации, имеет
небольшой расход бензина (1,3 кг/ч) и может быть установлен на тормозной
стенд малой мощности.
Для оценки склонности к нагарообразованию современных высокооктановых
бензинов степень сжатия двигателя УД-15 повышена с 6,0 до 7,5. Снятие
детонационных характеристик показало, что для такой степени сжатия
требования двигателя к октановому числу бензинов в диапазоне небольших
чисел оборотов находятся в пределах 85 октановых единиц по первичным
эталонам, что даст возможность оценивать бензины марки АИ-93. Для
подогрева и автоматического поддержания постоянной температуры масла в
поддон двигателя введено автоматическое электронагревательное
устройство.
Для количественной оценки нагарообразования в камеру сгорания двигателя
УД-15 монтируется специальный сменный пробоотборник, названный
нагарником. Нагарник представляет собой часть поверхности камеры
сгорания площадью около 15 см2. Изготовлен он из алюминиевого сплава той
же марки, что и головка цилиндров двигателя УД-15. Применение сменного
нагарника позволяет определить массу отлагающегося нагара по результатам
взвешивания нагарника до и после испытаний.
После проверки влияния всех факторов был выбран следующий режим
испытаний:
Этот режим обеспечивает хорошую чувствительность и
удовлетворительную воспроизводимость результатов. Для регулярного
контроля за состоянием двигателя выбрано эталлонное топливо — смесь 20%
толуола и 80% изооктана.
Важное значение в оценке склонности бензинов к нагарообра-зованию в
двигателе имеет качество масла. При разработке мето-да на двигателе
УД-15 отмечено, что при использовании масел одной группы с повышением
зольности растет нагарообразование. Повышение вязкости масла приводит
также к увеличению массы нагара. При оценке бензинов в двигателе УД-15
рекомендуется использовать малозольное масло М10В, которое имеет меньшую
склонность к нагарообразованию по сравнению с другими маслами.
Метод позволяет с достаточной степенью точности дифференцировать бензины
по их склонности к нагарообразованию в камере сгорания в зависимости от
содержания в них ароматических углеводородов, сернистых соединений,
свинцового антидетонатора,, что видно из следующих данных:
Относительная погрешность десяти параллельных
испытаний по оценке склонности бензинов к нагарообразованию,
определенная с доверительной вероятностью 0,95 для двух образцов
товарных автомобильных бензинов, составила ±6%, а для эталонного топлива
±3%.
Испытание образца бензина по комплексу квалификационных методов
начинается с определения его качества по всем показателям стандарта
технических условий. Оценка качества новых бензинов по методам,
включенным в комплекс, проводится как в сравнении со стандартными
бензинами, так и с 'помощью норм,, установленных на некоторые
показатели.
Комплексы квалификационных методов оценки авиационных и автомобильных
бензинов непрерывно совершенствуются и дополняются, а установленные
нормы на отдельные показатели — уточняются. Некоторые, квалификационные
методы (детонационные характеристики, склонность к образованию отложений
для авиационных бензинов) основаны на использовании полноразмерного
двигателя и для испытаний требуют много времени и большого объема
бензина. Такие методы необходимо совершенствовать и упрощать. Некоторые
методы оценки эксплуатационных свойств бензинов находятся в стадии
разработки и проверки.
Предложения о включении новых методов в комплексы, уточнении принятых
методов и норм на отдельные показатели готовят специальные комиссии
научной экспертизы по каждому виду топлив и смазочных материалов. Такие
комиссии состоят из специалистов— представителей потребителей и
производителей нефтепродуктов.
Деятельностью комиссий научной экспертизы руководит Государственная
межведомственная комиссия по испытанию топлив.
масел, смазок и специальных жидкостей при
Госстандарте СССР, Решения этой комиссии по испытаниям и допуску к
применению новых нефтепродуктов обязательны для всех министерств и
ведомств нашей страны.
Комплексы квалификационных методов оценки авиационных и автомобильных
бензинов уже многократно успешно использовались для быстрого решения
многих практических вопросов. Во многих случаях применение комплексов
позволило избежать сложных, дорогостоящих и длительных испытаний, резко
сократить время от разработки до внедрения новых прогрессивных решений.
Так, при внедрении цеолитсодержащего катализатора на установках
каталитического крекинга получаемый бензин не подвергался длительным
испытаниям. Его качество оценили с помощью комплекса квалификационных
методов и за короткий срок (1,5 месяца) было принято решение о допуске к
применению авиационных бензинов, приготовленных на базе бензинового
дистиллята каталитического крекинга с цеолитсодержащим катализатором.
По комплексу методов квалификационной оценки был испытан и по
результатам допущен к применению авиационный бензин Б-70, полученный на
базе деароматизированного бензина каталитического риформинга. С помощью
комплекса методов была решена проблема замены привозного сырья на
местное для выработки авиационных бензинов на одном из заводов. Для
автомобильных бензинов с помощью комплекса методов была уточнена
рецептура приготовления бензина АИ-93 на одном из заводов, намечены пути
улучшения качества этиловой жидкости [20]| и т. д. Применение комплексов
методов квалификационной оценки уже дало по самым скромным подсчетам
многомиллионную экономию, и, безусловно, способствовало ускорению
технического прогресса.