Температура сгорания бензина

Температура кипения, горения и вспышки бензина

Краткое определение бензина можно дать такое: легковоспламеняющаяся смесь, состоящая из лёгких фракций различных углеводородов.

Температура испарения бензина

Температура испарения – это тот тепловой порог, при котором начинается самопроизвольное перемешивание бензина с воздухом. Эта величина не может быть однозначно определена одной цифрой, так как зависит от большого количества факторов:

• базовый состав и пакет присадок – наиболее весомый фактор, который регулируется при производстве в зависимости от условий эксплуатации ДВС (климата, системы питания, степени сжатия в цилиндрах и т. д.);
• атмосферное давление – с повышением давления температура испарения незначительно снижается;
• способ исследования этой величины.

Для бензина температура испарения играет особую роль. Ведь именно на принципе испарения построена работа карбюраторных систем питания. Если бензин перестанет испаряться – он не сможет смешаться с воздухом и попасть в камеру сгорания. В современных авто с прямым впрыском эта характеристика стала менее актуальной. Однако после впрыска форсункой топлива в цилиндр именно испаряемость определяет, насколько быстро и равномерно туман из мелких капель перемешается с воздухом. А от этого зависит эффективность работы мотора (его мощность и удельный расход топлива).

В среднем температура испаряемости бензина находится в пределах от 40 до 50°C. В южных регионах эта величина часто бывает выше. Её не контролируют искусственно, так как в этом нет нужды. Для северных районов наоборот, её занижают. Обычно это делается не за счёт присадок, а за счёт формирования базового бензина из наиболее лёгких и летучих фракций.

Температура кипения бензина

Температура кипения бензина – также интересная величина. Сегодня мало кто из молодых водителей знает, что в своё время при жарком климате закипевший в топливопроводе или карбюраторе бензин мог обездвижить авто. Это явление просто создавало пробки в системе. Лёгкие фракции чрезмерно разогревались и начинали отделяться от более тяжёлых в виде пузырьков горючего газа. Автомобиль остывал, газы становились снова жидкостью – и можно было продолжать путь.

Сегодня бензин, реализуемый на АЗС, закипит (с очевидным бурлением с выделением газа) примерно при +80 °C с разбежкой в +-30% в зависимости от конкретного состава того или иного топлива.

Температура вспышки бензина

Температура вспышки бензина – это такой тепловой порог, при котором свободно отделяющиеся, более лёгкие фракции бензина воспламеняются от источника открытого пламени при нахождении этого источника непосредственно над исследуемым образцом.

На практике температуру вспышки определяют методом нагрева в открытом тигле.

В небольшую открытую ёмкость наливают исследуемое топливо. Далее его медленно разогревают без привлечения открытого пламени (например, на электроплите). Параллельно контролируется температура в режиме реального времени. Каждый раз при повышении температуры бензина на 1°C на небольшой высоте над его поверхностью (так, чтобы открытое пламя не соприкасалось с бензином) проводят источником пламени. В тот момент, когда появится огонь, и фиксируют температуру вспышки.

Проще говоря, температура вспышки отмечает тот порог, при котором концентрация в воздухе свободно испаряющегося бензина достигает величины, достаточной для воспламенения под воздействием открытого источника огня.

Температура горения бензина

Этот параметр определяет, какую максимальную температуру создаёт горящий бензин. И здесь также вы не найдёте однозначной информации, отвечающей на этот вопрос одной цифрой.

Как ни странно, но именно для температуры горения главную роль играют условия протекания процесса, а не состав топлива. Если посмотреть на теплотворную способность различных бензинов, то разницы межу АИ-92 и АИ-100 вы не увидите. На самом деле октановое число определяет исключительно стойкость топлива к появлению детонационных процессов. И на качество самого топлива, а уж тем более на температуру его горения, не влияет никак. Кстати, зачастую простые бензины, такие как вышедшие из оборота АИ-76 и АИ-80, более чистые и безопасные для человека, чем тот же AИ-98, модифицированный внушительным пакетом присадок.

В двигателе температура горения бензина находится в пределах от 900 до 1100°C. Это в среднем, при пропорции воздуха и топлива, близкой к стехиометрическому соотношению. Реальная температура горения может как опускаться ниже (например, активация клапана ЕГР несколько снижает тепловую нагрузку на цилиндры), так и повышаться при определённых условиях.

На температуру горения в значительной мере влияет и степень сжатия. Чем она выше, тем горячее в цилиндрах.

Открытым пламенем бензин горит при более низких температурах. Приблизительно, около 800-900 °C.

95 или 92?

95 или 92?

ХОРОШИЙ — ЭТО КАК?

Хороший бензин — это просто: с ним машина «едет», а «пальцы не стучат». Кроме того, морозным утром двигатель сравнительно легко пускается, после заправки не приходится менять свечи, лямбда-зонд, нейтрализатор, а также промывать топливную систему. От чего это зависит? Начнем с главного…

ОЧИ ЧЕРНЫЕ, ОЧМРАЧНЫЕ

Детонация — тема вечная: о ней в очередной раз напоминает «Наша справка». Так вот, чтобы бензин не боялся детонации, его молекулы должны быть, как говорят химики, стабильными. Степень стабильности как раз и определяется величиной октанового числа!

Согласно действующему ГОСТ Р 51105–97 все бензины по величине октанового числа подразделяются на четыре группы — «Нормаль-80», «Регуляр-91», «Премиум-95» и «Супер-98». Чем выше октановое число, тем выше стабильность бензинов, тем лучше они противостоят детонации. Эти 80, 91 и иже с ними — так называемые ОЧИ, то есть октановые числа, определяемые по исследовательскому методу. Есть еще и ОЧМ, которое определяют по моторному методу. В чем разница?

Вопреки известному заблуждению, личные ощущения исследователя или моториста здесь ни при чем. Как ОЧИ, так и ОЧМ определяют на специальной одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия — УИТ-65 или УИТ-85. У нее три простейших карбюратора, позволяющих в динамике менять состав смеси, а также три маленькие топливные емкости. В одну заливают испытуемый бензин, а в две другие — два эталонных: их октановые числа должны отличаться на две единицы. На блок цилиндра вешают пьезокварцевый датчик детонации, позволяющий оценить ее интенсивность как на эталонных бензинах, так и на испытуемом — оттуда и вычисляется требуемое ОЧ. Принцип определения как ОЧИ, так и ОЧМ — ОДИН И ТОТ ЖЕ, только используют разные режимы работы установки. Для ОЧИ двигатель раскручивают до 600 об/мин, а для ОЧМ — до 900 об/мин, да еще и смесь подогревается во впускном ресивере. Принято считать, что ОЧИ условно моделирует условия детонации в городском цикле, а ОЧМ — в шоссейном. Связаны они просто: для бензинов А-80 ОЧМ должно составлять 76; для 91 — 82,5; для 95 — 85; для 98 — 88. А маркировке бензина соответствует именно ОЧИ!

Так можно ли — и нужно ли — менять одно на другое? Сначала разберемся с технологиями…

КРЕКИНГ, РИФОРМИНГ И ПРИСАДКИ

Для получения высокооктанового бензина из нефти используют разные технологии, но только одна из них — каталитического риформинга — позволяет сразу получить нужные октановые числа — вплоть до 99. Но это — дорого: доля такого бензина в общем балансе высокооктановых топлив не достигает 50%. Остальные же вырабатывают по менее сложным технологиям типа каталитического крекинга или гидрокрекинга: для них октановые числа — 82–85. А самые простые и дешевые — прямогонные бензины, но их октановые числа редко превышают 50–60 единиц.

Вот тут-то и возникают различные октаноповышающие присадки и добавки. Их можно условно разделить на три группы. Первая базируется на применении металлсодержащих присадок — достопамятного тетраэтилсвинца, давшего миру этилированные бензины, ныне практически повсюду запрещенные. Присадка была крайне дешевой и жутко эффективной — в общем, мечта нефтяника. Правда, из выпускной трубы двигателя вылетали мерзкие канцерогены… Сейчас на замену ей пришел куда менее опасный ферроцен.

Основная проблема таких присадок — образование налетов и отложений в камере сгорания, на свечах, а также в катализаторах и на рабочих поверхностях датчиков системы управления двигателем. Предельный уровень ферроцена нормирован — 0,017%, но кто за этим следит? Есть присадки на базе никеля, марганца, но проблемы те же…

Другая группа высокооктановых добавок работает по принципу «смесевого» повышения октанового числа: базовый бензин смешивают с чем-то очень-очень стабильным. Чаще всего применяют монометиланилин (ММНА), чье октановое число аж 280. Эти бензины дороже ферроценовых, но главное препятствие к их распространению — нормы Евро III и Евро IV, ограничивающие уровень «ароматики».

Третья, самая продвинутая группа — эфиры и спирты. С экологией в этом случае все в порядке, но и проблемы есть. Во-первых, сравнительно невысокое октановое число — около 120, так что требуется их довольно много — иногда даже больше 10%. Поскольку у эфиров значительно более низкая теплотворная способность, чем у базового бензина, падает «калорийность» топлива. Во-вторых, эфиры агрессивны по отношению к резинам, краске, некоторым пластикам. Именно агрессивность эфиров потребовала нормативного ограничения их концентрации — 15%.

ТАК МОЖНО ИЛИ КАК?

Что же все-таки будет, если вместо бензина А-92 залить 95-й? Сгорят ли клапаны? Да ничего не будет… Старые заблуждения насчет такой жуткой опасности почерпнуты из опыта использования этилированных высокооктановых бензинов в моторах, настроенных на 76-й. Разница в октановом числе — 12 единиц, полученная тетраэтилсвинцом, существенно гасила скорость сгорания и увеличивала температуру отработавших газов и выпускных клапанов. Сегодня же речь только о стоимости бензина. Реальная разница октановых чисел составляет всего 2–3 единицы, а потому уменьшения скорости сгорания, заметной двигателю, практически не будет. Более того, если повышение октанового числа достигнуто добавлением эфиров — а сейчас чаще всего так и бывает, — то скорость сгорания окажется даже выше. Отсюда — небольшая экономия топлива плюс некоторое снижение токсичности выхлопа. Получаемый при этом запас по детонации, наоборот, уменьшает вероятность прогаров поршней и клапанов.

А если раскошелиться вместо А-92 на А-98? В принципе, можно, но здесь уже большого смысла нет. А-98 специально сделан для форсированных бензиновых моторов. Скажем, провести тюнинг двигателя, «зажать» его по степени сжатия, поставить распредвалы с «широкими фазами», тогда — да, другого пути нет. А без этого — пустой перевод денег.

Обратный переход на низкооктановый бензин нужно расценивать как запасной вариант — об этом же говорят инструкции к большинству современных автомобилей. Что касается разговоров о том, что на 95-м чаще выходят из строя свечи, то они вызваны практикой общения с «ферроценовыми» бензинами — с «эфирными» ничего подобного не будет! К сожалению, у нас качество бензина часто определяется не октановым числом, а порядочностью производителя и продавца…

Детонация — процесс самопроизвольного воспламенения топлива от волны сжатия. В бензиновом двигателе топливо поджигает свеча в заданной точке и в заданный момент времени. Фронт пламени создает волну давления, которая, попадая в узкие щели камеры сгорания, многократно отражается и усиливается — навстречу фронту пламени устремляется волна детонации. Ее скорость доходит до 2500 м/с — возникающие звуки в народе называют «стуком пальцев». Последствия детонации для двигателя крайне негативны — перегрев, потеря мощности, рост токсичности. В итоге — прогоревшие клапаны, выломанные перемычки у поршней, проблемы у подшипников коленчатого вала, которым приходится воспринимать повышенные нагрузки.

Чем выше давление в цилиндре, тем интенсивнее волна, вызывающая детонацию. Этому способствуют ранние углы опережения зажигания, которые заставляют гореть топливо еще при сжатии. Провоцирует детонацию и увеличение степени сжатия в двигателе, причем порой непроизвольное: отложения и нагар мало-помалу сокращают реальный объем камеры сгорания. Детонацию провоцирует и неправильная установка фаз газораспределения. Увеличивают ее вероятность повышенные температуры деталей двигателя — лето, пробки и т.п. Но самая банальная причина — плохой бензин.

Температура вспышки бензина

Температуру вспышки бензина определяют для выбора условий хранения и транспортировки. Нефтепродукт относится к легковоспламеняющимся жидкостям. В автомобилях используются тяжелые сорта.

Температура вспышки бензина

У бензина нет собственной химической формулы. Он состоит из десятков компонентов, без учета присадок. Привычное обозначение (А95) является показателем октанового числа.

Под температурой вспышки подразумевается минимальный порог нагрева, при котором пары способны воспламенится от открытого источника. Бензин относится к наиболее пожароопасным нефтепродуктам (воспламенение при минус 40 0 С).

Температура воспламенения – минимальный показатель, при котором топливо-воздушная смесь вспыхивает от стороннего источника и горит от испарения не менее 5 секунд. Температура горения превышает температуру вспышки на 10-15 градусов.

Самовоспламенение – значение, при котором горячие пары бензина возгораются без постороннего источника. Этот показатель необходим для:

• разделения веществ по группам пожароопасности;
• расчета электрооборудования;
• выяснения причин возгораний.

Бензин применяют на моторах с искровым зажиганием. Перед подачей в цилиндр топливо-воздушная смесь нагревается выше температуры вспышки.

2 условия воспламенения:

1. Бензин находится в газообразном состоянии.
2. Соотношение топлива и воздуха в пределах возгорания.

Методы определения температуры вспышки

Существует метод открытого и закрытого тигля (емкость для нефтепродуктов). Значения полученных температур отличаются из-за количества скопившихся паров.

Метод открытого тигля включает:

1. Очистку бензина от влаги при помощи хлорида натрия.
2. Заполнение тигля до определенного уровня.
3. Нагрев емкости до температуры на 10 градусов ниже ожидаемого результата.
4. Поджиг газовой горелки над поверхностью.
5. В момент воспламенения фиксируется температура вспышки.

Метод закрытого тигля отличается тем, что бензин в емкости постоянно перемешивается. При открывании крышки огонь подносится автоматически.

Аппарат для определения температуры вспышки состоит из следующих компонентов:

• электрический нагреватель (мощность от 600 Ватт);
• емкость объемом 70 миллилитров;
• медная мешалка;
• электрический или газовый поджигатель;
• термометр.

В зависимости от результатов легковоспламеняемые вещества подразделяются:

• особо опасные (при температуре вспышки ниже -20 0 С);
• опасные (от -20 0 С до +23 0 С);
• опасные при повышенной температуре (от 23 0 С до 61 0 С).

Пределы взрываемости

Граничные концентрации паров горючего в воздухе называются верхним и нижним пределом воспламенения. Они являются главными характеристиками взрывоопасности топлива. Если концентрация превысит верхний предел, то бензин не взорвется, а сгорит. Иногда процесс сопровождается резкими скачками давления.

Значение между пределами называется промежутком взрываемости. У бензина он составляет 0,7-8%. Горение в емкости обязательно сопровождается взрывом, по причине большого давления и низкой температуры кипения. При этом химическая энергия переходит в тепловую. Процесс сопровождается обширным выделением газов.

Верхний и нижний предел зависят от следующих параметров:

• состава реагентов;
• повышения температуры из-за роста энергии активации;
• добавления в топливо негорючих присадок.

Таблица содержит основные показатели пожароопасности бензина.

Температура вспышки	-40 0 С
Температура самовоспламенения	200-500 0 С
Верхний предел	-5 0 С
Нижний предел	-40 0 С
Взрывоопасная концентрация паров в кислороде	1-6%

В двигателе автомобиля опасно детонационное горение. При нем теплота распространяется с большой скоростью. Процесс сопровождается износом деталей и нарушением газообмена.

Среди причин выделяют:

• нарушение условий эксплуатации;
• выбор низкого октанового числа;
• неподходящая калильность свечи зажигания.

Предотвратить детонацию можно:

1. Эксплуатацией мотора на высоких оборотах. При разгоне сокращается период сгорания бензина.
2. Применением интеркулера для охлаждения наддувочного воздуха перед цилиндром.
3. Правильным подбором свечей.
4. Переходом на высокое октановое число.
5. Торможением двигателем.

Транспортировку бензина регламентирует ГОСТ Р 52734. Цистерны поездов и автомобилей должны иметь специальное обозначение.

Перед заполнением емкость моют и сушат. Бензовоз должен быть оборудован заземляющим устройством. Водители проходят подготовку, организациям выдается особая лицензия.

Какова температура горения бензина?

В качестве горючего для многих легковых автомобилей используется бензин. Это смесь углеводородов, которая имеет температуру кипения от 30 до 205 градусов. Кроме углеводородов, в составе бензина есть примеси азота, серы и кислорода. В зависимости от числа тех или иных компонентов бензин для авто делится на различные марки, которые имеют разные эксплуатационные качества:

• АИ 92.
• АИ 95.
• АИ 98.

С ужесточением требований к экологии бензины, обладающие более низким октановым числом (А 76 или АИ 80), а значит, более грязным химическим составом, сегодня не изготавливаются.

Главные качества

Главные качества топлива – его химический состав, способность к испарению, горению, самовоспламенению, возникновению отложений, а также коррозионная устойчивость и стойкость к возгоранию.

Физико-химические характеристики зависят от того, какие углеводороды и в каких соотношениях присутствуют в топливе. Температура замерзания топлива составляет -60 градусов, в случае использования особых присадок можно снизить этот показатель до -71 градуса.

Топливо активно испаряется при температуре +30 градусов, и с ростом температуры процесс испарения осуществляется активнее. Когда степень его паров в воздухе составляет 74-123 граммов на м3, формируется взрывоопасная смесь.

Состав фракции топлива воздействует на эксплуатационные качества. При изготовлении крайне необходимо получить оптимальное соотношение легких и тяжелых соединений, чтобы получить достаточно высокое испарение при низких температурах и не допустить сбоев в работе мотора из-за создания паровых пробок в топливном проводе, которые могут появиться ввиду активного испарения большого числа легких соединений.

Ввиду этого бензины, которые используются в местностях с жарким климатом и в районах полярного круга, обладают разным химическим составом для того, чтобы обеспечить нужные эксплуатационные качества. Бензин получается несколькими способами:

• путем прямой перегонки нефти;
• путем отбора конкретных фракций;
• крекинг;
• риформинг.

Главная составляющая топлива, которая получена способом прямого перегона – соединения алканов. При крекинге и риформинге они трансформируются в разветвленные алканы и ароматические компоненты. Два последних метода позволяют получить горючее с высоким октановым числом марок АИ 92 и 95.

Октановое число

Наименование марки топлива состоит из букв и цифр. Буквы А или АИ означают способ выявления октанового числа:

№	Полезная информация
1	моторный (А)
2	исследовательский (ИА)

А цифра означает октановое число (92, 95).

Наименование октанового числа показывает такое качество, как устойчивость топлива к возгоранию. Цифра эта условная. В качестве эталона используется изооктан, устойчивость к возгоранию которого очень высокая, и равняется 100. Разметка октанового числа была создана в начале прошлого века. Оно выявлялось составом изооктана в меси с нормальным гептаном.

Соответственно, топливо марки АИ 92 эквивалентно по своей устойчивости к возгоранию 92% смеси изооктана с гептаном, АИ 95 – 95%. Октановое число может быть выше 100, если антидетонационные качества бензина выше, чем у чистого изооктана.

Данное значение очень важное, так как возгорание приводит к быстрой деформации цилиндро-поршневой группы. Обусловлено это скоростью распространения языков пламени – до 2,5 км в секунду, тогда как в оптимальных условиях огонь распространяется со скоростью не больше 60 метров в секунду.

Чтобы увеличить антидетонационные качества, можно или добавить присадки, в которых содержится свинец, или поменять фракционный состав при получении. Первый вариант можно легко получить из топлива АИ 92, АИ 95 или 98, но на сегодняшний день от него отказались.

Так как, хотя такие присадки намного увеличивают эксплуатационные характеристики бензина и имеют низкую себестоимость, они также очень токсичны и оказывают пагубное влияние на экологию, чем чистое топливо.

А также разрушают каталитический нейтрализатор транспортного средства (температура сгорания этилированного топлива выше, чем у неэтилированного, в итоге керамические соединения нейтрализатора спекаются, и устройство подвергается поломке).

В качестве присадок могут быть применены и другие соединения, менее ядовитые, такие как ацетон или этиловый спирт. К примеру, если влить 100 мл спирта в литр топлива АИ 92, то октановое число возрастет до 95. Но использование таких средств экономически нецелесообразно.

Химическая стабильность

Рассматривая химические качества бензина, нужно делать основной акцент на то, как долго состав углеводородов будет неизменным, так как при долгом складировании более легкие компоненты исчезают, и эксплуатационные качества сильно снижаются.

В частности, остро проблема стоит тогда, если из бензина с минимальным октановым числом получилось горючее более высокой марки (АИ 95) методом добавления в его состав пропан или метана. Их антидетонационные качества выше, чем у изооктана, но и рассеиваются они моментально.