ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО БЕНЗИНА

1. ОЗНАКОМЛЕНИЕ С АССОРТИМЕНТОМ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ

1.1. ВНЕШНИЙ ВИД, ЗАПАХ

Рассматривают внешний вид различных бензинов из имеющегося ассортимента, обращая внимание на цвет, прозрачность и запах. Сравнивают с исследуемым образцом.

Цвет

Бензин наливают в стеклянный цилиндр и рассматривают. Окраска бензинов в оранжевый, желтый, зеленый или синий цвета указывает на наличие в нем этиловой жидкости. Автомобильные этилированные бензины окрашены: АИ-80 – в желтый; АИ-92 – в оранжевый цвет.

Неэтилированные бензины бесцветны.

Желтый или светло-коричневый цвет бензина может быть вызван наличием смолистых веществ или загрязнения бензина.

Прозрачность

Бензин наливают в стеклянный цилиндр и рассматривают. Бензин должен быть совершенно прозрачен и не содержать взвесей и осадков. Мутный вид бензина при комнатных температурах обычно вызывается наличием в нем воды в виде эмульсии. В бензине такая эмульсия быстро распадается (15–30 мин) и вода осаждается на дно сосуда в виде капелек или слоя.

Взвеси и осадки являются механическими примесями.

Запах

Бензин прямой перегонки не имеет резкого неприятного запаха, свойственного бензинам, содержащим продукты термического крекинга.

1.2. ИСПАРЕНИЕ НА БУМАГЕ

На белую фильтровальную бумагу наносят стеклянной палочкой одну каплю испытуемого образца бензина и дают ему испариться. Осматривают остаток после испарения. Бензин хорошего качества испаряется с бумажки без остатка. Если бензин имеет значительное количество высококипящих углеводородов, то на бумаге остается незначительный след (пятно), который доиспаряется лишь при легком подогреве над электроплиткой.

2. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

В бензинах, содержащих продукты термического или одноступенчатого каталитического крекинга, может содержаться значительное количество легкоокисляющихся непредельных углеводородов, способных во время транспортирования и хранения полимеризоваться превращаться в смолы. Количество смол в бензине не постоянно, оно увеличивается за счет окислительной полимеризации углеводородов.

Низкомолекулярные смолы растворяются в бензинах, придавая им желтизну, со временем цвет может перейти в светло-коричневый. Высокомолекулярные смолы в бензине растворяются плохо, поэтому выпадают в осадок на стенках топливного бака, топливопроводов, бензонасоса, карбюратора, впускного коллектора, на стержнях впускных клапанов и т. д. В камере сгорания они образуют нагар, способствуют лакообразованию на юбке поршня, пригоранию колец, зависанию клапанов, провоцируют калильное зажигание и детонацию.

Аппаратура, реактивы и материалы:

- испытуемый образец бензина;

- пробирка химическая 1 шт.;

- 0,02 %-й раствор марганцевокислого калия.

2.1. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

В пробирку наливают равные объемы (примерно по 4–6 мл) испытуемого топлива и 0,02 %-го водного раствора марганцевокислого калия, смесь взбалтывают.

В результате реакции

[3R – СН = СН₂] + 2КМnО₄ + 4Н2О ®

® 2КОН + 2МnО₂ + [3R – СНОН – СН₂ – ОН]

фиолетовая окраска водного раствора КМnО₄ переходит в бурую с последующим выпадением бурого осадка МnО₂.

Если в течение 2 мин фиолетовая окраска раствора не изменяется, то в топливе непредельные углеводороды отсутствуют.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ КИСЛОТ И ЩЕЛОЧЕЙ

Водорастворимые кислоты и щелочи вызывают очень сильную коррозию металлов. Присутствие их в бензинах недопустимо.

Водорастворимые кислоты и щелочи могут попасть в нефтепродукты вследствие нарушения технологии очистки.

Аппаратура, реактивы и материалы:

- воронка делительная на 250 мл;

- пробирка химическая 2 шт.;

- мерный цилиндр на 50 мл;

- штатив химический;

- индикаторы: фенолфталеин 1 %-й спиртовой раствор, метилоранж 0,02 % водный раствор;

- дистиллированная вода;

- испытуемый образец бензина.

3.1. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

В делительную воронку 2 (рис. 3.1) наливают 30 мл испытуемого бензина, добавляют такое же количество дистиллированной воды и смесь интенсивно взбалтывают в течение 5 мин. После отстоя водную вытяжку сливают в две пробирки, по 5 мл в каждую. В одну из пробирок добавляют 2 капли метилового оранжевого индикатора и сравнивают с цветом такого же объема дистиллированной воды, в которую добавляют две капли индикатора. Окрашивание водной вытяжки в розовый или малиновый цвет указывает на наличие в испытуемом бензине водорастворимых кислот.

Во вторую пробирку с водной вытяжкой добавляют три капли фенолфталеина и сравнивают с цветом такого же объема дистиллированной воды, в которую добавляют две капли индикатора. Окрашивание раствора в розовый или красный цвет указывает соответственно на слабощелочную или щелочную реакцию.

Бензин считается не содержащим свободную щелочь и водорастворимые кислоты при отсутствии окрашивания водной вытяжки как от фенолфталеина, так и от метилоранжа.

Опыт можно провести с помощью универсальной индикаторной бумаги. Для этого полоску индикаторной бумаги нужно обмакнуть на 10–15 мм в водную вытяжку, положить на белую непромокаемую подложку и быстро сравнить окраску полоски с эталонной шкалой.

Рис. 3.1. Установка для определения водорастворимых кислот и щелочей:

1 – штатив химический; 2 – делительная воронка; 3 – воронка;

4 – измерительный цилиндр

4. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭТИЛОВОЙ ЖИДКОСТИ

Для повышения детонационной стойкости бензина к ним добавляют антидетонационные присадки.

Антидетонаторы кроме повышения октанового числа могут изменять и другие свойства бензина. В частности топливо с присадкой может стать ядовитым, влиять на работу свечей зажигания, способствовать износу двигателя и каталитического нейтрализатора выхлопных газов и т. д.

С 1923 года по 1999 год в российских бензинах в качестве антидетонатора использовалась этиловая жидкость Р-9. Основу этиловой жидкости составляют тетраэтилсвинец Pb(С₂Н₅)₄ и выносители – бромистый этил ВrС₂Н₅ и a-монохлорнафталин

С₁₀Н₇Сl.

Аппаратура, реактивы и материалы:

- испытуемый образец бензина;

- 2 %-й спиртовой раствор йода;

- пробирки химические 2 шт.;

- водяная баня;

- спирт этиловый ректификат 10 мл.

4.1. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

Для определения наличия этиловой жидкости в бензинах в пробирку наливают 10 мл испытуемого топлива и добавляют 1 мл 2 %-го спиртового раствора йода. Смесь в пробирке осторожно подогревают в течение 2 мин на водяной бане, а затем охлаждают водой. Верхний бензиновый слой сливают и добавляют в остаток 10 мл этилового спирта. Пробирку слегка встряхивают и проверяют в отраженном свете наличие желтых кристалликов (блесток) йодистого свинца, образовавшегося в результате реакции взаимодействия йода с тетраэтилсвинцом:

3I₂ + Pb(C₂H₅)₄ ® PbI₂ + 4C₂H₅I.

Наличие йодистого свинца указывает на присутствие в бензине этиловой жидкости.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СМОЛИСТОСТИ И ЗАГРЯЗНЕННОСТИ

БЕНЗИНА ПО ОСТАТКУ ПОСЛЕ СЖИГАНИЯ

По остатку после сжигания на сферическом (часовом) стекле можно судить о загрязненности бензина смолистыми и другими веществами. Этим способом пользуются на практике, так как им, не имея сложных приборов, можно легко оценить качество бензина и срок его хранения.

Аппаратура, реактивы и материалы:

- испытуемый образец бензина;

- пипетка 1 мл;

- часовое стекло диаметром 50–70 мм;

- асбестовая сетка;

- спички.

5.1. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

На часовое стекло диаметром 50–70 мм, установленное выпуклостью вниз на асбестовой сетке, наливают с помощью пипетки или шприца точно 1 мл испытуемого топлива и поджигают его спичкой. После окончания горения стеклу дают остыть и осматривают остаток на стекле.

Бессмолый или малосмольный бензин оставляет на стекле след в виде бледного кольца. Смолистый бензин дает ряд концентрических колец желтого или коричневого цвета (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Примерный вид остатка после сжигания:

1 – бессмольный бензин; 2 – смолистый бензин; 3 – бензин, загрязненный маслом; 4 – бензино-бензольная смесь; 5 – бензин, загрязненный кристаллическими примесями; 6 – бензин, загрязненный парафином

Необходимо замерить внешний диаметр самого большого кольца и с помощью графика (рис. 5.2) приблизительно определить содержание смол в топливе.

Бензины, содержащий бензол, даже бессмольные, дают небольшое коричневое кольцо с черным углистым остатком в центре.

Бензин, загрязненный маслом и другими жидкими тяжелыми примесями, оставляет на стекле несгоревшие капли, обычно располагающиеся по окружности ближе к краю.

Рис. 5.2. Зависимость размера смоляного кольца от содержания смол в топливе

6. ИСПЫТАНИЕ НА МЕДНОЙ ПЛАСТИНКЕ

Коррозионность топлива в очень большой степень обусловливается содержанием в нем серы и активных сернистых соединений. Поэтому в нормах на бензин допускается содержание в нем массовой доли серы до 0,05 %.

В камере сгорания двигателя сера вместе с топливом сгорает и образует агрессивные кислоты – серную H₂SO₄ и сернистую H₂SO₃. Кислоты попадают в масло двигателя, разносятся системой смазки по всему двигателю, разрушают цветные материалы вкладышей, стекая по стенкам цилиндров, вызывают сильную коррозию канавок поршневых колец и т. д.

Проверка топлива на отсутствие в нем активной серы производится методом испытании на медной пластинке. В нашей стране приняты два метода испытания на медной пластинке – стандартный по ГОСТ 6321-52 и ускоренный. При испытании стандартным методом медная пластинка выдерживается при температуре 50 ºС. В настоящее время получил распространение ускоренный метод испытаний. Пластинка выдерживается в топливе 18 мин при температуре 100 °С.

Аппаратура, реактивы и материалы:

- колба вместимостью 150 мл с притертым горлышком;

- холодильник с притертым концом;

- водяная баня;

- пластинка размером 40´10´2 мм из электролитической меди;

- подогреватель;

- спирт или эфир;

- пинцет никелированный;

- шлифовальная шкурка № 6;

- фильтровальная бумага;

- испытуемый образец бензина.

6.1. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

Пластинка из электролитической меди обрабатывается шкуркой. После шлифования пластинку промывают в фарфоровой чашке спиртом или эфиром и просушивают на фильтровальной бумаге.

Касание руками больших поверхностей не допускается.

6.2. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

Испытуемое топливо в количестве 75 мл наливают в колбу 4 (рис. 6.1). Включают нагреватель 2 водяной бани. Медную пластинку 5 подвешивают на проволочке так, чтобы пластинка была погружена приблизительно наполовину в топливо.

Включают проточную воду в холодильнике 6. Колбу 4 соединяют с холодильником и опускают в кипящую воду водяной бани 3 на 18 мин. Уровень воды в водяной бане должен быть выше уровня топлива в колбе. По истечении 18 мин отключают подогреватель и холодильник, колбу вынимают из водяной бани, медную пластинку извлекают и тщательно осматривают.

Если пластинка после испытания покрылась черными, бурыми, темно-коричневыми или серо-стальными налетами и пятнами, то топливо считается не выдержавшим испытания. При всех других изменениях или при отсутствии изменений цвета пластинки топливо считается выдержавшим испытание.

Рис. 6.1. Установка для испытания на медной пластинке:

1 – штатив; 2 – нагреватель; 3 – водяная баня; 4 – колба;

5 – медная пластинка; 6 – холодильник

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ АРЕОМЕТРОМ

Плотность является обязательным показателем, включаемым в паспорта на топлива для двигателей. Она в основном используется для пересчета объемных единиц нефтепродуктов в массовые и наоборот.

Плотность измеряется массой тела, заключенной в единице объема, и имеет размерность кг/м³ (г/см³). Плотность измеряется ареометром нефтеденсиметром.

В стандартах или в других документах плотность нефтепродуктов указывается при температуре +20 °С ( ). В связи с этим данные измерений при иной температуре ( ) должны приводиться к температуре +20 °С по формуле

,

где  – температурная поправка, зависящая от величины плотности, значения которой приведены в табл. 7.1;

 – температура нефтепродукта при отсчете плотности, °С.

Таблица 7.1

Температурная поправка к величине плотности

Приведенную плотность следует округлить до третьего знака после запятой. При определении плотности берется нефтеденсиметр с пределом измерений 0,69–0,750 г/см³.

7.1. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

Аппаратура, реактивы и материалы:

- стеклянный цилиндр;

- набор нефтеденсиметров (ГОСТ 1289–57);

- термометр;

- испытуемый образец бензина.

В стеклянный цилиндр медленно и осторожно (может разбиться) опускают чистый и сухой нефтеденсиметр, держа его за верхний конец (рис. 7.1). Затем наливают испытуемое топливо до всплывания нефтеденсиметра на 10–15 мм. После того, как денсиметр установится и прекратятся его колебания, производят отсчет по верхнему краю мениска.

При отсчете глаз наблюдателя должен находиться на уровне мениска. Температуру измеряют по термометру денсиметра или дополнительным термометром.

Рис. 7.1. Установка для определения плотности:

1 – ареометр (нефтеденсиметр); 2 – стеклянный цилиндр; 3 – глаз наблюдателя

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА БЕНЗИНА

Фракционный состав бензина определяется согласно ГОСТ 2177–66 перегонкой. Фракционный состав моторного топлива является важнейшим показателем. От фракционного состава зависят такие важнейшие эксплуатационные показатели двигателей, как легкость пуска, длительность прогрева и приемистость и т. д.

Топливо является сложной смесью различных углеводородов, которые выкипают в широком интервале температур. Фракцией называют часть топлива, выкипающего в определенных температурных пределах. Содержание в бензине тех или иных фракций характеризуется его фракционным составом.

Аппаратура, реактивы и материалы:

- прибор для определения фракционного состава (рис. 8.1) нефтепродуктов по ГОСТ 2177–66;

- нагреватель;

- кожух;

- секундомер;

- цилиндр измерительный на 100 мл;

- штатив химический;

- испытуемый образец бензина.

8.1. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

Мерным цилиндром 11 отмеряют точно 100 мл топлива и переливают его в колбу 4, следя за тем, чтобы оно не попало в отводную трубку 7. Закрывают колбу плотной пробкой 6 с термометром 5 так, чтобы верхний край ртутного шарика был на уровне нижнего края отводной трубки в месте ее припая и не касался стенок горла колбы.

Закрепляют колбу в штативе 1. Отводную трубку колбы на 20–30 мм вдвигают в трубку 9 холодильника 10 и уплотняют пробкой 8. Включают холодильник 10 и нагреватель 2, перегонку ведут так, чтобы первая капля упала не ранее 5 мин и не позднее 10 мин с начала
нагрева.

Нагрев регулируют перемещением нагревателя 2 по штативу 1. Температуру, при которой упадет первая капля, записывают как температуру начала разгонки (HP). После падения первой капли нагрев уменьшают и ведут перегонку с интенсивностью 20–25 капель за 10 с. Отсчет капель ведут непрерывно в течение всего эксперимента.

Нарушение установленного режима дает существенное искажение результатов испытания.

После отгонки каждых 10 мл отмечают температуру (t_10, t₂₀ и т. д.).

После того как уровень топлива в цилиндре достигнет 90 мл (t₉₀), нагрев колбы усиливают, чтобы до конца разгонки (КР) прошло от 3 до 5 мин. Концом перегонки бензина считается момент, когда ртутный столбик термометра 5 начнет опускаться и в шейке колбы появится белый пар.

По окончании перегонки прекращают нагревание и дают в течение 5 мин стечь конденсату из трубы 9 холодильника 10. Этот объем прибавляют к тому, при котором отмечена температура конца разгонки (Q). Оставшееся количество топлива в колбе после остывания сливают в мерный цилиндр и замеряют (Q + C).

Рис. 8.1. Установка для определения фракционного состава нефтепродукта:

1 – штатив; 2 – нагреватель; 3 – кожух; 4 – колба; 5 – термометр; 6 – пробка;

7 – отводная трубка; 8 – пробка; 9 – трубка холодильника; 10 – холодильник;

11 – мерный цилиндр

Разность между 100 мл взятого топлива и суммой остатка в колбе (С) и отогнанного топлива (Q) составляет потери при разгонке:

В = 100 – (С + Q),

где  В – потери при разгонке, мл;

С – остаток в колбе, мл;

Q – отогнанное топливо, мл.

Полученные значения температур перегонки топлива наносят в виде кривой на график и сравнивают полученную кривую с данными начала перегонки, 10 %, 50 %, 90 % и конца кипения по ГОСТ Р 51105–97.

Устанавливают сорт топлива, делают выводы о соответствии бензина по этим показателям нормам технических условий. По нормативным документам допускается отклонение данных фракционного состава от норм в сторону повышения на +3 °С.

Допускается увеличение остатка в колбе после перегонки на 3,3 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОБ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВАХ БЕНЗИНА

По данным фракционного состава бензина нужно сделать заключение о работе двигателя на данном бензине. Для этой цели используют номограммы, разработанные на основании ряда исследований и данных практики.

На рис. 8.2 представлены кривые, выражающие зависимость пусковых качеств бензина приемистость двигателя, способность бензина образовывать паровые пробки, разжижать масло в картере и вызывать интенсивный износ двигателя от значений характерных точек фракционного состава и температуры окружающего воздуха.

Рис. 8.2. Номограмма для эксплуатационной оценки карбюраторных топлив:

1 – область возможного образования паровых пробок; 2 – область легкого запуска двигателя; 3 – область затрудненного запуска двигателя; 4 – область практически невозможного запуска; 5 – область хорошей приемистости; 6 – область плохой приемистости и неустойчивой работы двигателя; 7 – область незначительного разжижения масла двигателя; 8 – область заметного разжижения масла в картере двигателя; 9 – область интенсивного износа двигателя

При использовании этой номограммы на оси абсцисс восстанавливают перпендикуляры согласно температурам перегонки 10 %, 50 %, 90 % бензина до пересечения с соответствующими кривыми и отмечают на оси ординат предельные температуры воздуха.

Например, если t₁₀ = 60 °С, то образование паровых пробок можно ожидать при температуре окружающего воздуха выше 25 °С, легкий запуск возможен лишь при температуре воздуха выше –14 °С, запуск двигателя затруднен в интервале температур от –15 °С до –27 °С, запуск двигателя невозможен при температуре –27 °С и ниже.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА

Образец:

1. Оценка образца по внешним признакам

Цвет –

Прозрачность –

Запах –

Испарение на бумаге –

2. Качественное определение непредельных углеводородов

Изменение окраски раствора:

Заключение:

3. Определение водорастворимых кислот и щелочей

Таблица 1

Заключение:

4. Качественное определение этиловой жидкости

Наличие или отсутствие кристаллов йодистого свинца.

Заключение:

5. Определение смолистости и загрязненности бензина по остатку после сжигания

Зарисовать остаток после сжигания на сферическом стекле.

Заключение:

6. Испытание на медной пластинке

Нарисовать рис. 6.1.

Заключение (по наличию на медной пластинке черного, бурого или темно-коричневого налета):

7. Определение плотности ареометром

Таблица 2

Показание ареометра	Температура топлива t, °С	Температурная поправка , г/см³·град	Плотность топлива , г/см³

8. Определение фракционного состава

Нарисовать рис. 8.1.

Результаты разгонки образца

Таблица 3

Результаты разгонки образца

Кривая разгонки образца

9. Соответствие основных показателей образца техническим требованиям ГОСТа (итоговая таблица)

Таблица 4

Заключение по работе:

Самая низкая температура наружного воздуха t, °С, при которой:

- возможно образование паровых пробок ………………………

- обеспечен легкий пуск двигателя ……………………………..

- обеспечен затрудненный пуск двигателя ……………………..

- обеспечен быстрый прогрев и хорошая приемистость ………

- будет незначительное разжижение масла в картере …………

- будет заметное разжижение масла в картере ………………...

БЕНЗИНЫ АВТОМОБИЛЬНЫЕ.

ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Таблица 5

Бензины автомобильные. Общие технические требования

Продолжение табл. 5

Продолжение табл. 5

Продолжение табл. 5

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Моторные масла / Р. Балтенас, А. С. Сафонов, А. И. Ушаков,      

В. Шергалис. – М.; СПб., 2000. – 153 с.

2. Масленников, Р. Р. Эксплуатационные материалы

(автомобильные): учебник / КузГТУ. – Кемерово, 2002. – 215 с.

3. Васильева, Л. С. Автомобильные эксплуатационные материалы:

учеб. для вузов. – М.: Транспорт, 1968. – 279 с.