От чего зависят коррозионные свойства бензина?
Под коррозией понимают разрушение поверхности металла под действием химических или электрохимических процессов. Коррозионный износ металлов вызывают самые разнообразные соединения: кислоты, щелочи, вода, многие газы (особенно сернистые и ванадиевые) и другие вещества. Коррозия резервуаров, цистерн, топливных баков, трубопроводов, деталей топливопо-дающей аппаратуры происходит при наличии в топливе коррозионно-агрессивных соединений, таких как водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи, активные сернистые соединения, вода, низкомолекулярные органические кислоты. Углеводороды топлива коррозию металлов не вызывают.
Наиболее сильное коррелирующее действие оказывают активные сернистые соединения, минеральные кислоты и щелочи, а также вода. Наличие всех этих веществ в бензине не допускается. Присутствие активных сернистых соединений определяют испытанием на медную пластинку, а водорастворимых кислот и щелочей - проверкой реакции водной вытяжки, которая должна быть нейтральной.
Сущность их определения сводится к следующему. Для проверки наличия сернистых соединений (ГОСТ 6321-69) отполированную пластинку из чистой электролитической меди погружают в испытуемое топливо и выдерживают три часа при 50 °С или сутки при комнатной температуре. Если после испытания пластинка покрывается черными пятнами или темно-серым налетом, то в бензине есть активные сернистые соединения, к использованию он непригоден.
Для определения присутствия минеральных кислот или щелочей в делительную воронку наливают 20...30 мл (на глаз) бензина и примерно столько же горячей дистиллированной воды. Несколько минут перемешивают содержимое воронки и дают отстоиться до разделения слоев. Затем в две сухие пробирки наливают по 3...4 мл нижнего водного слоя. В одну капают метилоранж, при наличии кислоты вода окрашивается в розовый цвет. В другую добавляют 1...2 капли фенолфталеина: если есть щелочь, то вода окрашивается в красновато-малиновый цвет.
Вода в бензине может находиться как в растворенном, так и в свободном состоянии (механические взвеси, эмульсии). В растворенном состоянии воды немного - ее количество не превышает тысячных долей процента. Гигроскопичность бензина зависит от фракционного (тяжелые углеводороды поглощают несколько больше воды) и химического состава, влажности окружающего воздуха (при повышенной влажности гигроскопичность увеличивается) и температуры. Более гигроскопичны ароматические углеводороды (бензол и его производные), меньше поглощают влагу парафиновые соединения. Нафтеновые и непредельные углеводороды занимают промежуточное положение.
Количество воды, находящейся в свободном состоянии, зависит от условий транспортирования, хранения и может быть значительным. Стандартами наличие воды не допускается, т.к. она вызывает сильную коррозию топливоподающей аппаратуры.
Органические кислоты в небольшом количестве всегда присутствуют в бензине. Основную массу кислых соединений составляют нафтеновые кислоты (R - СООН) и фенолы (чаще С6Н5ОН). Их коррозионная активность гораздо ниже, чем у минеральных. Наиболее энергично они взаимодействуют с цветными металлами (свинец, цинк), на черные металлы (сталь, чугун) действуют очень слабо. С повышением температуры активность органических кислот возрастает. Наиболее коррозионно-активны низкомолекулярные органические кислоты (особенно в присутствии воды). С увеличением молекулярной массы активность кислот уменьшается.
При длительном хранении бензина, особенно с низким индукционным периодом, содержание кислых органических соединений увеличивается в результате окисления топлива, и его коррозий-ность возрастает.
В стандартах кислотность нормируют (ГОСТ 5985-79) количеством миллиграммов щелочи, необходимой для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 мл топлива. Определяют кислотность титрованием горячей (после кипячения) смеси равных количеств (по 50 мл) бензина и этилового спирта раствором едкого кали КОН. Кислотность бензина не должна быть более 3 мг КОН/100 мл.
На коррозионный износ деталей и систем двигателя (камера сгорания, поршневые кольца, клапаны, выхлопная система), кроме перечисленных факторов, значительное влияние оказывает общее количество неактивных сернистых соединений, содержащихся в бензине. Экспериментальными работами установлено, что при увеличении серы с 0,05 до 0,10 % износ деталей двигателя возрастает в 1,5...2,0 раза, а при повышении количества серы до 0,20 % ? еще вдвое. На рисунке 8 показано влияние серы, содержащейся в бензине, на износ деталей двигателя.
Рис. 8. Влияние содержания серы в бензине на износ двигателя:
1 - толкатели; 2 - поршневые кольца; 3 - стержень клапана;
4 - цилиндр.
В целом можно констатировать, что коррозионный износ зависит от технического состояния двигателя (степени изношенности), качества сжигаемого бензина, т.е. содержания серы, органических и минеральных кислот, воды; условий эксплуатации; температуры окружающего воздуха; степени загрузки двигателя; квалификации водителя; своевременности проведения технического обслуживания.
Основная масса сернистых соединений, содержащихся в нефти, при получении топлива перегоняется с углеводородами, выкипающими при температуре выше 200 С. Поэтому общее количество серы в бензине редко превышает 0,10...0,15 %, интенсивность вызываемой сернистыми соединениями коррозии в целом незначительна.
Как влияет состав горючей смеси на работу двигателя?
В карбюраторных двигателях бензин сгорает с коэффициентом избытка воздуха 0,90...1,15. В период разгона автомобиля, когда за короткое время нужно развить большую мощность, нередко прибегают к обогащению смеси (а = 0,90...0,95), но на установившемся режиме смесь должна быть обедненная.
Состав горючей смеси определяет полноту сгорания топлива, а следовательно, и темп износа двигателей. По мере обогащения смеси износ деталей двигателя возрастает (рис. 9). Причиной увеличения износа являются повышение неполноты сгорания, возрастание разжижения масла топливом и смывание пленки масла со стенок цилиндра. Если принять износ при работе двигателя на самом экономичном режиме (а = 1,15...1,20) за 100 %, то при составе смеси, соответствующей режиму максимальной мощности, износ возрастает на 30...60 % в зависимости от фракционного состава бензина. Поэтому при эксплуатации двигателя (особенно при пуске и прогреве) необходимо устанавливать оптимальную регулировку карбюратора.
Рис. 9. Влияние состава смеси на износ двигателя:
1 - конец кипения 195 С; 2 -конец кипения 215 С.