Для чего машине бензин
Почему машинка едет
Легковой автомобиль По дороге мчится. А за ним густая пыль Тучею клубится.
Что-то вспомнился мне стишок про машины. Вот когда вырасту, обязательно научусь водить её, но не буду превышать скорость. А пока мы с вами маленькие, давайте разберёмся, как же удаётся этому огромному «железному коню» ездить. А для этого предлагаю отправиться в БГТУ им. В.Г. Шухова к Надежде Севрюгиной.
Игрушечные машинки для… студентов
Надежда Савельевна – уникальный человек. Она знает о машинах всё-всё-всё. И как устроены, и что делать, если они сломаются. Кстати, она – заведующая кафедрой сервиса транспортных и технологических машин. Скажем вам – редкость это. По пальцам можно сосчитать, сколько женщин по всей нашей стране занимают такую должность.
И кто сказал, что не женское это дело – водить автомобили? Вот, к примеру, у Надежды Савельевны есть водительские удостоверения трёх категорий: А, В, С, то есть она может ездить на мотоцикле, легковом и грузовом автомобилях. Скажу вам по секрету: Надежда Савельевна, как и я, очень любит игрушечные машинки. У неё большая коллекция таких авто, и даже компьютерная мышь и сотовый телефон в форме автомобильчиков. Неспроста они ей нравятся. Многие машинки точь-в-точь дублируют настоящие, так что по ним легко объяснять студентам, как же устроен тот или иной автомобиль. Но что-то я заболтался с вами. Давайте скорее уже узнаем, что же заставляет ехать нашего «четвероногого железного друга».
Зачем машине нужен бензин?
Устройство автомобилей очень сложное, и даже не каждый взрослый с ним разберётся сразу. А давайте-ка проведём интересное сравнение с человеком. К примеру, вы знаете, зачем человеку сердце? Без этого органа невозможна наша жизнь. Вот у машины есть тоже своё сердечко. А называется оно двигателем. Для того, чтобы сердечко работало хорошо, у человека есть нос, которым он дышит, и лёгкие. У машины эту роль выполняет карбюратор. Поясним: есть у машины топливный бак, куда водитель складывает всю «еду» машины – топливо, и воздушная система – фильтр, – куда поступает воздух.
Так вот, бензин из топливного бака попадает в цилиндр двигателя. Топливо воспламеняется и сгорает в цилиндре, от этого выделяется огромное количество тепла – энергии. Она выделяется в виде газа, который, увеличиваясь в объёме, заставляет работать все детали двигателя. Как на рисунке выше.
Поршень приводит в действие коленчатый вал, а он уже придаёт движение колёсам автомобиля.
Что такое вечный двигатель?
Ребята, наверняка вы слышали словосочетание «вечный двигатель». А знаете ли вы, что это за двигатель такой? Если кратко, это устройство, которое работает бесконечно долго без топлива и энергии. Скажете, такого быть не может? И будете абсолютно правы. Многие умы человечества мечтали и мечтают его изобрести. Но пока никому это не удалось. Ведь создание такого двигателя противоречит законам физики, а именно – закону сохранения энергии, который гласит: «Энергия не может возникнуть из ничего и не может в никуда исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую». Но это уже – тема одной из наших следующих бесед в рубрике «Пресса в образовании».
Это интересно!
Для сгорания топлива необходимо смешать его с воздухом в определённой пропорции. Этот процесс и происходит в карбюраторе – лёгких нашего автомобиля. Зачем это нужно? А тут школьная химия пригодится. Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы топливо в двигателе сгорало. А что нам нужно для реакции горения? Кислород!
Бензин, что это?
Бензин — это горючая смесь углеводородов, а не моновещество, имеющее четкую структуру. Существует немало разновидностей данной жидкости, отличающихся не только названием, но и молекулярным строением и составом. В зависимости от вида бензина, его химические и физические свойства меняются. Это расширяет сферу применения бензина. Правильный выбор топлива является залогом длительной службы двигателя.
Применение
Бензин в основном используется в качестве топлива. Некоторые виды бензина предназначены только для заправки машин. Сейчас выпускают несколько марок топлива, качество которых различается в зависимости от октанового числа и включения присадок. Есть специальный автобензин для зимнего и летнего периода.
Производятся специальные разновидности топлива, использовать которые можно только для заправки самолетов. Осуществляется выпуск бензина, который применяется в качестве растворителя и как сырье для химической промышленности.
Бензин используется в качестве сырья для производства парафина и этилена. Применяется эта жидкость для блендинга и проведения процессов органического синтеза. Используется он для чистки и обезжиривания поверхностей и кожи. Данное вещество применяется для очищения металлических элементов. Он используется для изготовления:
Кроме того, этот продукт может применяться даже для выведения жирных пятен с разных поверхностей.
Производство
Получение топлива возможно путем перегонки, высокотемпературной обработки, т.е. крекинга, а также низкотемпературного воздействия, т.е. риформинга и т.д. Существует еще несколько методов получения бензина из сырья. После первичной обработки проводится очистка сырья и введение в состав специальных присадок, повышающих качество продукта.
Из чего делают бензин?
Главным сырьем, из которого изготавливается топливо, выступает сырая нефть. Возможно производство данного вещества путем сложной переработки каменного угля и природного газа, но данные методы используются крайне редко из-за высокой стоимости процесса.
Технология производства
Производство бензина — это технологически сложный процесс. Сначала берутся пробы сырья для определения включения в них примесей солей и серы. Измеряется объем включения легких фракции.
Наиболее простой метод получения топлива — это атмосферно-вакуумная перегонка. Она позволяет отделить легкие фракции. После этого выполняется очищение сырья от примесей солей и серы, т.к. эти вещества ухудшают качество готового продукта. Включение данных веществ в нефти, добываемой по всему миру, неоднородно. На большинстве месторождений России нефть содержит большое количество серы, поэтому ценится даже ниже, чем сырье, которое добывается в Азербайджане.
Процедуры очищения позволяют получить достаточно большое количество топлива из сырья, но оставшихся нефтяных фракций, незадействованных в процессах, сохраняется немало. Их отправляют на вторичную перегонку. Кроме того, во время данной процедуры выполняется частичный каталитический крекинг. После этого переработанное сырье подвергается каталитическому риформингу.
Подготовленное сырье подвергается крекингу. При данной процедуре в тяжелых фракциях при их нагреве до 700°C наблюдается разрыв молекулярный цепочек. Это способствует формированию вторичного продукта. При низкотемпературной обработке сырья выход конечного продукта составляет не более 20%, но при обработке при высоких температурах объем полученного готового продукта возрастает до 70%.
После этого полученный продукт обрабатывается в газофракционирующей установке. В него добавляют дополнительные компоненты, которые подразделяются на классы и сорта. После этого готовый бензин поступает на АЗС.
Разновидности
Сейчас выпускается множество разновидностей бензина, различающихся составом и характеристиками. Важнейшим параметром для определения качества продукта выступает октановое число. Большую роль играет и количество примесей. Главными компонентами этого продукта выступают гептан и изооктан. Данные вещества имеют разные возможности к детонации в камерах сгорания двигателя. От соотношения их включения в готовый продукт зависит октановое число.
Марки бензина
Для того чтобы бензин мог использоваться в качестве топлива, он должен обладать рядом характеристик. Для определения качества продукта исследуются такие параметры, как:
В зависимости от типа, продукт подразделяется на автомобильный, который маркируется буквой «А», а также авиационный, отмечающийся буквой «Б». Кроме того, при маркировке часто добавляется буква «И», которой отмечается октановое число, полученное исследовательским методом. Числовым значением отмечается октановое число.
АИ-98 отличается не только высоким октановым числом, но некоторыми особенностями производства. При изготовлении данного продукта используется ряд компонентов, в т.ч. толуол, алкилбензин, изопентан и т.д.
Экстра АИ-95 отличается высоким качеством из-за присутствия антидетонационных присадок. Он изготавливается из дистиллятного сырья с включением изопарафиновых элементов. Кроме того, при производстве используется газовый бензин. Благодаря особой технологии изготовления, в готовом продукте крайне низкое содержание свинца.
В бензине марки АИ-95, по сравнению с бензином экстра, концентрация свинца выше на 30%. Высокое содержание этого элемента понижает качество продукта.
Под маркой АИ-92 скрывается бензин среднего качества. В нем высоко содержание антидетонационных присадок. Плотность данного продукта достигает 0,77г/смА-923.
Автомобильный бензин
На АЗС сейчас можно приобрести стандартные марки АИ-92, АИ- 95 и АИ-98. Кроме того, в продаже имеется автомобильный бензин для грузовиков — А-72 и АИ-80. Более очищенными считаются продукты, которые изготавливаются по европейским стандартам. Они отмечаются как евро 3, евро, 4, евро 5 и суперевро. При покупке бензина обязательно нужно обращать внимание на его маркировку, т.к. использование некачественного продукта приводит тому, что двигатель быстро выходит из строя.
Авиационный бензин
Бензины, предназначенные для заправки самолетов, отличаются более высоким октановым числом и лучшими качественными характеристиками. Продукт содержит минимальное количество легких фракций, что снижает риск формирования паровых пробок. Кроме того, авиационный бензин отличается низким включением примесей, способствующих активизации коррозийных процессов и формированию нагара на деталях. Продукт также отличается высокой химической стабильностью.
Бензин-растворитель
Данный класс продукта используется в химическом производстве. Эти продукты широко применяются для экстрагирования, т.е. извлечения необходимых веществ из растительных масел, канифоли и озокерита. Растворители на основе этого продукта активно применяются для разведения различных красок и лаков, устранения жировых пятен и т.д. Сфера использования данной разновидности бензинов крайне широка.
Нафта
Нафта — это специфическая группа, которая отличается высокой температурой кипения, достигающая +180°C. Данный продукт используется как сырье для химической промышленности.
Топливо для бензиновых двигателей и его характеристики
Большинство людей обращают внимание только на октановое число, но это далеко не единственный важный параметр. У углеводородов имеется разная скорость закипания. Качество продукта зависит от данных параметров.
Бензины АИ и Евро различаются процентным соотношением трудно- и легко- закипаемых фракций. От данного параметра зависит способность перегорания. В топливе, применяющемся для бензиновых моторов, содержится сразу несколько фракций.
Некоторые из них могут закипать при 27°C. Таким образом, первичное воспламенение возможно даже при пуске холодного двигателя. Другие фракции закипают при 100°C. Они подходят для поддержания стабильной работы двигателя. Кроме того, в состав топлива входят фракции, закипающие при 200 °C. Одни необходимы для поддержания процесса выключения мотора.
Сезонный бензин
Сейчас выпускается бензин для зимнего и летнего периода. При выборе топлива следует обращать внимание на такой параметр как давление паров.
Лучше, чтобы топливо для зимней езды имело данный показатель в пределах от 90 до 100 кПа. Для производства зимнего продукта в смесь добавляется бутан. Благодаря этому, он хорошо закипает даже в сильный мороз.
Летний вариант отличается более низким показателем давления насыщенных паров. В теплое время года допускается бензин с параметром 80 кПа.
Экологические требования к топливу
С каждым годом происходит ужесточение требований в экологичности топлива. Это обусловлено тем, что продукты сгорания крайне негативно отражаются на состоянии окружающей среды и способствуют возникновению парникового эффекта.
В топливе марок АИ высоко содержание дополнительных присадок и компонентов, которые способствуют снижению экологических параметров данных продуктов. Высокий выброс отравляющих веществ при сгорании обусловлен устаревшими технологиями производства.
Большей экологичностью отличается топливо класса евро. При сгорании выделяется примерно на 10-12% меньше отравляющих газов. Из-за применения более технологичных методов производства в выхлопах меньше оксида азота, ароматических углеводородов, серы и бензола. Благодаря этому, снижается общий вред, наносимый продуктами сгорания окружающей среде.
В ряде стран запрещена продажа топлива, не соответствующего стандартам экологичности. Меры по ужесточению требований к экологичности топлива стали предпринимать из-за повышения численности людей, которые ежедневно используют личные автомобили. Это спровоцировало повышение количества парниковых газов, усугубляющих состояние атмосферы.
Основное топливо бензин
Бензин является энергоемким вторичным топливом, которое можно рассматривать как энергетическую валюту и энергетический менеджмент этим пользуется. Он используется для питания многих двигателей внутреннего сгорания и, самое главное, является энергоносителем для основной доли автомобилей в мире.
Топливо бензин производится, когда сырая нефть разбивается на различные нефтепродукты в процессе фракционной перегонки. Готовый продукт затем распределяется на АЗС по трубопроводам или доставляется транспортом.
Нефтепродукты включают в себя:
В 2019 году из примерно 732 миллиарда баррелей общего потребления нефти в мире 50% составляли автомобильные бензины (включая этанол), 20% — дистиллятное (мазут и дизельное ) и 8% — реактивное, 22% химическая промышленность.
Топливо бензин необходим для работы большинства автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Из-за этого оно является одним из наиболее широко используемых нефтепродуктов.
В 2020 году на бензин приходилось более 50% всех используемых углеводородов. В отличие от этого дизельное составляло лишь 20%, а керосин (или реактивное) — только 8%.
Цена топлива бензина резко варьируется по всему миру, и это влияет на стоимость эксплуатации автомобиля. Кроме того, мировая экономика все больше переплетается с нефтедобычей и ценами на нефть, что влияет на нашу жизнь гораздо больше, чем стоит заполнение полного бака.
Состав
Точный химический состав бензина варьируется в зависимости от его марки или октанового числа, но в целом это смесь горючих углеводородов.
Октановая оценка описывает качество топлива, и значение основано на соотношениях двух соединений в бензине — в частности, изооктана, соединения с той же химической формулой, что и октан, но с несколько иной структурой и свойствами, и нормального гептана. Чем выше количество октанового числа в топливе, тем больше октановое число и выше качество. Более высокое качество гарантирует, что воспламенение происходит в результате искры от свечи зажигания, а не в результате сжатия поршнем.
Средняя плотность 0,75 г/см³, это означает, что в одном литре порядка 750 грамм.
В последнее время в некоторых странах топливо бензин смешивается с биотопливом, известным как этанол. В Канаде 87-октановый бензин может содержать до 10% этанола, так как это самый высокий процент этанола, на котором может функционировать обычный автомобильный двигатель.
Именно высокая плотность энергии делает топливо бензин таким ценным, так как относительно небольшой объем может обеспечить большое количество полезной энергии.
Природоохранные воздействия
Сжигание бензина является важным источником антропогенного углекислого газа или CO2. Как и в случае со сжиганием любого ископаемого вещества, образование этого углекислого газа отрицательно влияет на климат Земли и способствует глобальному потеплению и изменению климата. Общее количество углекислого газа, которое выделяется при сжигании углеводородов, зависит от его использованной массы.
Таким образом, автомобиль, который использует меньше энергоносителя, будет выделять меньше выбросов в окружающую среду. Это делает его необходимым конкурировать с эффективными автомобилями по расходу топлива как возможность для сохранения денег и ограничения вредных выбросов. Повышение топливной эффективности транспортного средства экономит деньги и сокращает выбросы в большей степени, чем, например, технические характеристики автомобильных шин.
за годовой период вождение автомобиля с расходом 6 литров на 100 км вместо автомобиля с расходом 10 литров на 100 км при среднем пробеге 20 000 км в год экономит около 32 тысяч рублей в год за счет стоимости топлива, при условии, что стоимость его статична и составляет порядка 45 рублей за литр.
Кроме того авто с расходом 6 литров на 100 км выделяет меньше вредного CO2.
98-й и 100-й бензин: в какие машины его лучше не заливать
Сетевые АЗС поддерживают моду на высокооктановое топливо, завлекая автомобилистов повышением мощности, улучшением экономичности и очисткой двигателей. Многие из тех, кто попробовал топливо АИ-98 или АИ-100 вместо стандартного 95-го, утверждают, что машина действительно стала лучше ехать, а затраты на дорогой бензин якобы отбиваются заметным снижением расхода. Однако специалисты говорят, что все далеко не так однозначно.
С обывательской точки зрения, чем выше октановое число, тем топливо лучше и дороже. Если средняя цена АИ-92 в Москве сейчас составляет 42,6 руб. за литр, то стоимость литра АИ-95 составляет 46,9 руб., а 98-го — уже 54,8 рубля. На многих заправках место 98-го занял АИ-100, который часто продают еще дороже. Кроме того, на АЗС есть так называемые улучшенные сорта 95-го и 98-го, которые тоже имеют наценку в 1-2 рубля.
Октановое число топлива определяет его стойкость к детонации — процессу слишком быстрого сгорания смеси, при котором силовой агрегат испытывает повышенные нагрузки. Чем выше октановое число, тем медленнее горит смесь бензина с воздухом, что позволяет выводить двигатель на пиковые нагрузки без опасности повреждения, объясняет технический специалист одного из крупнейших европейских брендов.
«Можно провести аналогию с печкой. Представьте, что есть сухие дрова, которые загораются сразу, а есть влажные, которые делают это медленнее. Когда нам нужно закинуть в топку сразу много дров, лучше использовать влажные, чтобы печка не взорвалась», — поясняет эксперт.
Принято считать, что применение высокооктанового бензина позволяет поднять динамические характеристики, повысить мощность двигателя и экономичность силового агрегата. Директор департамента послепродажного обслуживании ГК «АвтоСпецЦентр» Игорь Серебряков даже приводит впечатляющие цифры: «Главными преимуществами такого бензина являются улучшение динамических показателей разгона примерно на 7% и экономичности силового агрегата на 6%». Однако это касается только определенных двигателей, добавляет эксперт, а в некоторых случаях, напротив, может нанести вред двигателю.
Октановое число, указываемое в названии марки бензина, никак не характеризуют его качество, а лишь отображает детонационную стойкость, утверждает технический директор агрегатора техпомощи и эвакуации МЭТР Денис Голосюк. «Топливо с меньшим октановым числом вовсе не хуже высокооктанового. Необходимое для конкретного мотора число определяется конструктивными особенностями двигателя, в первую очередь — степенью сжатия, а также способностью программы управления двигателем компенсировать отклонение фактического октанового числа от заданного», — объясняет эксперт.
Кроме того, октановое число не является мерой энергии, добавляет эксперт европейского бренда: «Любой двигатель превращает химическую энергию топлива в механическую. Октановое число лишь косвенно связано с химической энергией, а для движения важна именно она. Чем больше тепла выделяет единица топлива, тем эффективнее и экономичнее работает двигатель».
При этом высокооктановое топливо изготавливается из низкооктанового путем добавления присадок и модификаторов и само по себе не является более эффективным. Более того, присадки и сами могут оказаться небезвредными, настаивает Денис Голосюк: «Отдельные виды присадок могут образовывать отложения в двигателе или отрицательно влиять на системы нейтрализации отработавших газов. В частности, именно поэтому запрещена продажа этилированного бензина — тетраэтилсвинец отравляет катализаторы и выводит их из строя. Присадки на основе железа и марганца быстро убивают свечи зажигания».
При использовании высокооктанового топлива двигатель действительно может работать по-другому, особенно на холостых оборотах, но к детонации это не имеет никакого отношения, разбирает вопрос эксперт европейского бренда: «Словом «детонация» люди пытаются описать неравномерность работы двигателя — пропуски зажигания, повышенный шум. Это действительно может происходить, если вы используете АИ-98, потому что на холостых высокооктановое топливо горит спокойнее, то есть, условно говоря, хуже, а иногда даже игнорирует искру».
Кроме того, на холостых оборотах при низком давлении в цилиндрах смесь не успевает нормально перемешиваться, и это еще одна причина ухудшения процесса сгорания. Все эти особенности уходят на более высоких оборотах, когда смесь становится более однородной, начинает гореть равномерно, а двигатель развивает полную мощность.
Наконец, присадки и модификаторы, которыми изготовили топлива поднимают октановое число, тоже не всегда безобидны и при сгорании могут оседать на свечах. «Хорошего высокооктанового бензина в России мало. Большая часть такого топлива получена именно применением присадок, качество которых может оказаться очень сомнительным», — говорит эксперт европейского бренда.
Современные двигатели являются высокофорсированными, поэтому большинство автомобилей сейчас рассчитаны на 95-й или 98-й бензин, а на низкооктановом не смогут работать в полную силу. А вот в случае с более старыми моторами и дорогим топливом могут возникнуть проблемы, намекает Игорь Серебряков.
Если конструкторы автомобиля не предполагали использование высокооктанового топлива, то оно может навредить, соглашается эксперт европейского бренда. Например, такой бензин не успевает сгорать во время такта рабочего хода и продолжает гореть при открытых выпускных клапанах. «Тогда не только падает экономичность, но и разрушается двигатель. Он работает при более высокой температуре, возникает риск прогорания клапанов и выпускных седел, как это бывает при переводе машины на газ», — объясняет специалист.
В качестве примера он приводит мотор ЗМЗ-402, который ставился на старые «Волги» и в разное время был рассчитан на 66-й, 72-й и 80-й бензины: «Если в него залить АИ-100, то долго не проездим, экономичности не будет, потому что большая часть топлива будет просто вылетать в выхлопную трубу».
Повышение экономичности при переходе на 98-й или 100-й бензин Денис Голосюк считает эффектом плацебо. «Незначительное повышение экономичности возможно лишь в тех редких случаях, когда мотор способен реализовать эту разницу в антидетонационных свойствах топлива. К большинству моторов массовых легковых автомобилей это не относится. И даже там, где удастся уменьшить на пару-тройку процентов расход горючего, экономия будет нивелирована более высокой стоимостью. При этом некоторый риск нарваться на последствия от добавленных антидетонационных присадок окажется ненулевым».
Эксперт европейского бренда также утверждает, что экономия возникнет, только если двигатель действительно рассчитан на высокооктановое топливо и на нем работает эффективнее. В качестве примера таких моторов он приводит форсированные версии турбодвигателей Volkswagen, мощность которых можно поднять чип-тюнингом: «Например, стандартный 150-сильный двигатель 1,4 TSI на заводских испытаниях может выдавать до 270 л. с., а в спорте с него снимают более 300 сил. Но реализовать их действительно позволяет только качественное высокооктановое топливо.
А вот обычным моторам применение высокооктановых бензинов никаких преимуществ не дает, причем спорными являются даже моющие свойства улучшенных сортов топлива. «Производители топлива зачастую декларируют лучшую моющую способность высокооктановых бензинов. Но на самом деле очищающая способность определяется главным образом содержанием в составе бензина моющих присадок, и они вполне могут быть в составе топлива с невысоким октановым числом. Сказки про большую экономичность — это тоже маркетинговые уловки», — продолжает Денис Голосюк.
Все то же самое относится и турбомоторам, которые еще требовательнее к соблюдению рекомендаций производителя. «В турбированные двигатели строго рекомендуется заливать топливо, указанное производителем. Если степень сжатия составляет от 10 до 10,5, подойдет 95-й бензин, если выше — 98-й», — утверждает Игорь Серебряков.
При этом ориентироваться нужно не на физическую степень сжатия, а на эффективную, которую считают с учетом избыточного давления, создаваемого турбиной или компрессором. «И для атмосферных моторов, и для двигателей, оснащенных турбонаддувом или механическим компрессором, определяется минимально допустимое октановое число бензина. И там, и там нельзя использовать бензин с меньшим октановым числом, но можно с большим», — напоминает Денис Голосюк.
Эксперты сходятся во мнении, что если вместо 95-го бензина в современный массовый автомобиль заливать 98-й или «сотый», то вреда это не нанесет, но и никаких преимуществ, скорее всего, не даст. Поэтому лучше лить топливо, рекомендованное производителем, особенно с учетом того, что в 95-м меньше модификаторов и присадок.
Рекомендованное топливо написано на лючке бензобака машины. Если там указано два вида топлива, то это значит, что марку, написанную мелким шрифтом, производитель также допускает, предупреждая о возможном снижении эксплуатационных параметров. «Не гонитесь за мифическими выгодами от высокооктанового бензина. Если уж очень хочется побаловать машину качественным горючим, заправляйте фирменные сорта, которые предлагаются на большинстве сетевых АЗС. В них хотя бы заявлено больше моющих присадок», — заключает Денис Голосюк.
Сами автопроизводители не требуют, чтобы в их автомобили заливали улучшенный бензин, но иногда в спецификациях пишут, что допускается использовать топливо с октановым числом, например, от 95 до 98. А вот если в инструкции написано что-то вроде «до АИ-95 включительно», переходить на более дорогой вид точно не нужно.