Бензин топливо для автомобильного двигателя

Бензин — это алифатический углеводород. Другими словами, его структура состоит из молекул, составленных из линий углерода и водорода. Каждая молекула бензина содержит от 7 до 11 атомов углерода. В бензине присутствуют многочисленные молекулы.

Преобразование бензина при идеальных условиях и достаточном кислороде

Взаимодействие бензина и кислорода приводит к образованию двуокиси углерода, воды и значительного количества тепла. Один галлон бензина содержит около 132 млн. Джоулей энергии, что соответствует 125 тыс. британским тепловым единицам или 36 650 Вт-часам.

Как получают бензин?

Бензин добывается из сырой нефти — черной жидкости, расположенной в глубинах Земли. Она содержит углеводороды разных длин, имеющие различные свойства. Например, цепочка, состоящая из одного углерода (СН4), называется метан и имеет давление атмосферы легкости воздуха. Чем длиннее цепочка, тем тяжелее молекула.

От CH4 до C18H32: газообразное и жидкое состояния

Первые четыре углеводородные цепи — CH4 (метан), C2H6 (этан), C3H8 (пропан) и C4H10 (бутан) — являются газами, их температуры кипения составляют −161, −88, −46 и −1 градус по Фаренгейту (-107, −67, −43 и −18 градусов по Цельсию). Цепи до C18H32 являются жидкостями при комнатной температуре, а цепи выше C19 — твердыми веществами при комнатной температуре.

Извлечение легких жидкостей из нефти дистилляцией

Длинные цепочки могут быть разделены дистилляцией, в зависимости от их температуры кипения. На нефтепереработках используют этот метод: сырая нефть нагревают, чтобы получить легкие жидкости с длинными цепочками C5, C6 и C7 — дистилляты. Они используются, как растворители для средств химчистки, красок и быстросохнущих продуктов.

Смешанные цепочки от C7H16 до C11H24 предназначены для производства бензина. Температура испарения этих соединений меньше, чем температура кипения воды, поэтому бензин быстро испаряется при распылении на земле. Далее идет керосин от C12 до C15, за ним следует дизельное топливо и котельное топливо. Далее расположены смазочные масла, не испаряющиеся из-за комнатной температуры. От легких (3-в-1) до моторных масел плотностью, от плотных трансмиссионных масел до полутвердых смазок. Не забываем про вазелин.

Твердые предметы длиной более C20

Начиная от парафина и до асфальтового битума, который используется для асфальтирования дорог, все виды веществ получаются из сырой нефти. Единственное, что отличает их друг от друга — длина углеродной цепочки.

Что такое октановое число?

Если Вы читали статью о том, как работает двигатель автомобиля, то знаете, что в авто используется бензиновый четырехтактный двигатель. Во время такта сжатия двигатель сжимает воздухно-топливную смесь до меньшего объема, чтобы потом ее зажечь свечой зажигания. Степень сжатия называется октановым числом, и оно обычно варьируется от 8 до 1.

Октановое Число

Октановое число показывает, сколько горючего можно сжать до момента самосгорания. Когда топливо загорается в процессе сжатия, а не благодаря искре от свечи зажигания, это может привести к проблемам при работе двигателя и даже к его поломке. Низкооктановый бензин (например, 92-й бензин) может выдерживать минимальное сжатие перед самосгоранием.

Ваш двигатель имеет определенный коэффициент сжатия, что влияет на октановое число бензина для его заправки.

Увеличение мощности без изменения объема

Увеличение коэффициента сжатия дает возможность увеличить мощность двигателя, не изменяя его объем. Более мощные двигатели имеют более высокий коэффициент сжатия, что потребует более высокооктанового бензина.

Преимущества и недостатки

Преимуществом такого подхода является то, что вы можете увеличить мощность двигателя без изменения его веса, что дает дополнительную производительность. Но плата за это будет в виде более дорогого бензина.

Происхождение термина «октановое число»

При переработке сырой нефти образуются углеводородные молекулы различной длины. Затем эти молекулы различной длины разделяются и смешиваются для получения различных видов топлива. Метан, пропан и бутан являются углеводородами; метан имеет один атом углерода, пропан — три, бутан — четыре. Пентан имеет пять, гексан — шесть, гептан — семь, а октан — восемь связанных атомов углерода.

При Слабом Сжатии Гептан Самовоспламеняется

Оказалось, что при небольшом сжатии гептан не выдерживает и самовоспламеняется. В то время как октан проявляет себя лучше, даже при сильном сжатии он не сгорает. Бензин с октановым числом 92 содержит в себе 92% октана и 8% гептана (или смесь других типов топлива с такими же свойствами). Данное топливо может быть использовано в двигателях с ограниченным коэффициентом сжатия, при котором оно не загорается.

Сжигание Тетраэтила в Бензине

Во время Первой мировой войны было обнаружено, что включение в состав бензина вещества, известного как тетраэтил, приводит к значительному увеличению октанового числа. Это позволило производить более дешевые варианты топлива. Таким образом, получил популярность так называемый «этиловый» или «этилированный» бензин. Но использование этого типа топлива имело отрицательные побочные эффекты.

Влияние свинца в топливе

Свинец в топливе за считанные минуты выводит из строя каталитические нейтрализаторы. Земля покрылась тонкой пленкой свинца, который токсичен для многих живых организмов, в том числе и для человека. Когда этиловое топливо было запрещено, цена на бензин выросла из-за того, что нефтеперерабатывающие заводы не смогли повысить октановое число более дешевых сортов газа. Этиловое топливо с октановым числом 115 до сих пор разрешено к применению в авиации, как правило, в мощных поршневых двигателях (в реактивных двигателях используется керосин).

Преобразование Текста

Другая популярная добавка — МТБЭ. Это сокращение от метил-трет-бутилового эфира, простой молекулы, извлекаемой из метанола. Добавляют ее в бензин по двум причинам: для повышения октанового числа и в качестве оксигената, который повышает концентрацию кислорода при реакции горения. В идеале, он должен снизить содержание несгорающих углеводородов и угарного газа в выхлопе.

После принятия Закона о чистом воздухе в 1990 г., МТБЭ стали использовать широко. Во всем бензине МТБЭ должно составлять от 10 до 15%.

Проблемы использования

Главная проблема связана с тем, что МТБЭ является канцерогенным и легко проникает в воду. В случае утечки из подземного бака, на заправочные пункты МТБЭ может попасть в грунтовые воды, загрязняя их. Однако, при утечке не только МТБЭ может попасть в воду, но и другие присадки, содержащиеся в бензине.

Горящие вопросы бензина

Сжигание бензина в двигателе связано с двумя неприятностями. Первая — это образование сажи и загрязнение воздуха. Вторая — выделение углеродсодержащих и парниковых газов. При сгорании бензина в двигателе образуются побочные продукты, в результате чего в выхлопных газах выделяются углекислый газ и вода. К сожалению, двигатель внутреннего сгорания не совершенен. Кроме того, при сгорании бензина образуются:

Загрязнение Воздуха — Серьёзная Проблема

Монооксид углерода — отравляющий газ, а дым от автомобилей и электростанций — основная причина загрязнения воздуха в больших городах. Оксиды азота также приводят к появлению смога. Каталитические конвертеры помогают устранять большую часть негативных продуктов, но не дают нужных результатов. Загрязнение воздуха является крупной бедой для резидентов больших городов.

Сжигание углерода — проблема

Углерод представляет собой проблему при сжигании, так как при этом образуется большое количество углекислого газа. Большая часть бензина состоит из углерода, поэтому при сжигании одного галлона (3,8 л) бензина в атмосферу выбрасывается 5–6 фунтов (2,5 кг) углерода. Ежедневно только в США в атмосферу выбрасывается около 2 млрд. фунтов (900 млн. кг) углерода.

Выделение Сахарного Песка и Углерода

Если бы это был твердый углерод, то мы бы имели гораздо больше примечательностей. Представьте, что вы выбрасываете по одному килограмму сахарного песка за каждый литр бензина. Однако из-за того, что этот килограмм углерода выделяется в невидимой форме газа (углекислого), многие не обращают внимания на это. Двуокись углерода, которая выходит из выхлопной трубы каждого автомобиля, представляет собой парниковый газ. Долгосрочные последствия этого процесса неизвестны, но существует высокая вероятность того, что это может привести к серьезным климатическим изменениям, влияющим на все живое на планете (например, разливы моря, которые могут затонуть прибрежные города). В связи с этим предпринимаются попытки перехода на водородное топливо.