CC BY
15
Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования RUDN Journal of Engineering Research
2022;23(4):311-321
ISSN 2312-8143 (Print); ISSN 2312-8151 (Online) journals.rudn.ru/engineering-researches
DOI 10.22363/2312-8143-2022-23-4-311-321 УДК 621.829(07)
Научная статья / Research article
Физико-химические свойства инновационных и высококачественных марок бензина
A.A. Ходяков3 , C.B. Хлопков3 , А.Р. АсоянзЬ , Д.В. Истомин3 <Э , Д.Р. Алибекова3 , A.A. Нарожный3
Российский университет дружбы народов, Москва, Российская Федерация •Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, Москва, Российская Федерация
^ khlopkov-sv@rudn.ru
История статьи
Поступила в редакцию: 15 сентября 2022 г. Доработана: 25 ноября 2022 г. Принята к публикации: 28 ноября 2022 г.
Ключевые слова:
инновационный бензин, высококачественный бензин, фракционный состав, кислотность, плотность, октановое число, срок хранения, регрессия, отработавшие газы
Аннотация. Изучены физико-химических свойства традиционного (Б), инновационного (БИН) и высококачественного бензина (БВК). Цель работы - проанализировать физико-химические свойства инновационных, высококачественных сортов бензина, сопоставить показатели указанных топлив с показателями обычного горючего, не содержащего веществ, улучшающих эксплуатационные и экологические качества. Исследование свойств бензинов проведено с помощью автоматического аппарата для разгонки нефтепродуктов АРНС-1Э, индикатора (ок-танометра) ОКТАН-ИМ, газоанализатора ИНФРАКАР 5М3Т, одноцилиндрового, четырехтактного, верхнеклапанного двигателя (Biggs & Stratton). Установлено, что плотность бензинов, температура конца кипения, остаток в колбе и кислотность соответствуют нормам ГОСТ. Полугодичный срок хранения образцов топлива никак не сказывается на параметрах горючего, его физической и химической стабильности. Показано, что вещества, улучающие свойства инновационных и высококачественных сортов топлива, не оказывают влияния на результат измерения октанового числа бензина. Выявлено, что химическая стабильность улучшенных сортов бензина выше, чем у традиционного топлива. Показано, что по полноте сгорания инновационный и высококачественный бензин превосходит бензины, не содержащий веществ, улучшающих горение. Подобный вывод сделан и для оксидов азота, содержание которых связано с присутствием в бензине компонентов, повышающих температуру газов, возникающих в камере сгорании силового агрегата.
Для цитирования
Ходяков А.А., Хлопков С.В., Асоян А.Р., Истомин Д.В., Алибекова Д.Р., Нарожный А.А. Физико-химические свойства инновационных и высококачественных марок бензина // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2022. Т. 23. № 4. С. 311-321. http://doi.org/10.22363/2312-8143-2022-23-4-311-321
© Ходяков А.А., Хлопков С.В., Асоян А.Р., Истомин Д.В., Алибекова Д.Р., Нарожный А.А., 2022
I(ее) ф © I This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License БЯЕКЯ https://creativecommons.Org/licenses/by-nc/4.0/legalcode
Physical and chemical properties of innovative and high-quality grades of gasoline
Aleksandr A. Khodyakov" , Sergey V. Khlopkov3 , Arthur R. Asoyanab , Danil V. Istomin" , Djeqran R. Alibekova" , Alexey A. Narozhnyi3 ©
aPeoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow, Russian Federation bMoscow Automobile and Road State Technical University, Moscow, Russian Federation
khlopkov-sv@rudn.ru
Article history
Received: September 15, 2022 Revised: November 25, 2022 Accepted: November 28, 2022
Keywords:
innovative gasoline, high-quality gasoline, fractional composition, acidity, density, octane number, shelf life, regression, exhaust gases
Abstract. Studies of the physicochemical properties of traditional gasoline (G), innovative gasoline (IG) and high-quality gasoline (HQG) have been carried out. The purpose of this work was to analyze the physicochemical properties of innovative, high-quality grades of gasoline, to compare the performance of these fuels with those of conventional fuel that does not contain substances that improve the operational and environmental qualities. The research of the properties of gasolines was carried out using an automatic apparatus for distillation of petroleum products ARNS-1E, indicator (octanometer) OKTAN-IM, gas analyzer INFRACAR 5M3T, single-cylinder, 4-stroke, overhead valve engine (Biggs & Stratton). It has been established that the density of gasolines, the final boiling point, the residue in the flask and the acidity correspond to the GOST standards. A six-month storage period for fuel samples does not affect the parameters of the fuel, its physical and chemical stability. It is shown that substances that improve the properties of innovative and high-quality fuels do not affect the result of measuring the octane number of gasoline. It has been established that the chemical stability of improved grades of gasoline is higher than that of traditional fuel. It is shown that innovative and high-quality gasoline is superior to gasolines that do not contain combustion-improving substances in terms of combustion efficiency. A similar conclusion was made for nitrogen oxides, the content of which is associated with the presence in gasoline of components that increase the temperature of gases that occur in the combustion chamber of the power unit.
For citation
Khodyakov AA, Khlopkov SV, Asoyan AR, Istomin DV, Alibekova DR, Narozhnyi AA. Physical and chemical properties of innovative and high-quality grades of gasoline. RUDN Journal of Engineering Research. 2022;23(4):311-321.
(In Russ.) http://doi.org/10.22363/2312-8143-2022-23-4-311-321
Введение
Известно, что качество бензина характеризуется как эксплуатационными показателями, так и экологическими свойствами топлива. При этом введение современных норм и стандартов, которые связаны не только с модифицированием компонентного состава топлива, но и с необходимостью применения разнообразных присадок ставит задачу контроля физико-химических свойств бензинов1 [1-5].
1 ГОСТ 32513-2013. Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2013. 15 с.; Магарил Е.Р., Магарил Р.З. Моторные топлива: учебное пособие. 2-е изд. М.: КДУ, 2015. 160 с.; Кириченко Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: учебник
Присадки, вводимые, как правило, в бензины, получившие названия (у российских производителей) инновационных и высококачественных моторных топлив, улучшают эксплуатационные и экологические свойства горючего2 [6; 7]. При этом всегда возникают (требующие своевременного решения) вопросы, связанные с получением
для студентов учреждений среднего профессионального образования. 9-е изд., стер. М.: Академия, 2014. 208 с.
2 Роснефть. Инновационный бензин «Евро 6» отмечен наградами всероссийского конкурса. Управление инфор-
мационной политики ПАО «НК «Роснефть». 2019. URL: https://www.rosneft.ru/press/news/item/198117/ (дата обращения: 01.09.2022); ЛУКОЙЛ. Инновационное топливо ЭКТО. URL: https://lukoil.ru/Products/brands/ectofuel (дата обращения: 01.09.2022).
знаний о влиянии улучшающих свойства топлива веществ на показатели бензинов.
Цель исследования - проанализировать физико-химические свойства инновационных, высококачественных сортов бензина, сопоставить показатели указанных сортов с показателями обычного горючего без веществ, улучшающих эксплуатационные и экологические качества топлива.
1. Материалы и методы
Объектами исследования были пробы бензинов (Б-1, БИН-2, БВК-3, Б-4) марки АИ-95 со сроком хранения ~6 месяцев. Из четырех проб, подвергнутых испытанию, один образец относится к так называемым инновационным топли-вам (БИН-2), другой - к высококачественному топливу стандарта ЕВРО-4 (БВК-3). Анализировали также показатели проб инновационного топлива БИН-95, топлив Б-92 и Б-100 с более длительным сроком хранения.
Объемы жидкостей в зависимости от выполняемых методов испытания варьировали от 1 до 100 мл. Массу объектов исследования измеряли на порционных весах ВЛТЭ-150 (II класс точности, ГОСТ 24104-2001). Наименьший предел взвешивания ВЛТЭ-150 составляет 0,02 г. Предел погрешности весов при интервале взвешивания от 0,02 до 50 г равен ±3 мг, среднеквадра-тическое отклонение показаний весов не более 1,5 мг.
Фракционный состав проб бензинов определяли по температурам перегонки, измеренным ртутным термометром, входящим в комплект автоматического аппарата для разгонки нефтепродуктов АРНС-1Э, кислотность - титрованием спиртовым раствором КОН смесей бензина 80%-м этанолом. Для индицирования избытка ОН- использовали кислотно-основной индикатор фенолфталеин (рН = 8,0-9,6). Присутствие в пробах топлива ненасыщенных углеводородов (олефины) оценивали, используя водный раствор КМпОф Известно, что в результате взаимодействия реагента с ненасыщенными углеводородами образуется оксид марганца. Лиловая окраска водного раствора перманганата калия приобретает бурый цвет.
Плотность образцов топлива измеряли нефте-денсиметрами (ареометрами), октановые числа -индикатором (октанометром) ОКТАН-ИМ. Диапазон измерения октановых чисел (октановое
число по исследовательскому методу - ОЧИ, октановое число по моторному методу - ОЧМ) от 67 до 98. Предел допускаемой абсолютной погрешности измерения ОЧ составлял ±2 октановые единицы (о. е.). Измерения ОЧИ проводили, используя заводскую калибровку октано-метра.
Полноту сгорания взятых на испытание проб бензинов оценивали по содержанию в отработавших газах (ОГ) несгоревших углеводородов СН. Влияние особенностей компонентного состава топлива на указанный процесс проводили, измеряя и анализируя содержание в ОГ оксидов азота N0^ Контроль содержания в отработавших газах СН и N0x проводили газоанализатором ИНФРАКАР 5М3Т (класс прибора 0). В табл. 1 представлен диапазон измеряемых газоанализатором значений.
Таблица 1
Диапазон измеряемых газоанализатором значений СО, СН, N0, и пределы допускаемой погрешности
Измеряемая величина Диапазон измерений Пределы допускаемой погрешности
Абсолютной Относительной
Объемная доля СН, млн-1 От 0 до 2000 ±10 ±5
Объемная доля 1\ЮХ, млн-1 От 0 до 4000 ±100 ±10
Table 1
Range of CO, CH, NOx values measured by the gas analyzer and limits of permissible error
Measured Measuring Limits of error
value range Absolute Relative
Volume fraction of CH, ppm From 0 to 2000 ±10 ±5
Volume fraction of NOx, ppm From 0 to 4000 ±100 ±10
Подготовку прибора к работе и проведение контроля содержания в ОГ СН и N0x осуществляли, руководствуясь соответствующей технической документацией. Так, устройство забора пробы (зонд) газоанализатора устанавливали в выхлопную трубу двигателя, согласно инструкции, на глубину не менее 300 мм от среза и фиксировали устройство забора пробы специальным зажимом. Кроме измерения СН и N0x, регистри-
ровали обороты коленчатого вала (тахометром). Сопоставление объемных концентраций СН и NOx в ОГ проводили по данным, полученным при работе двигателя в режиме холостого хода на частотах (n) 2200-2800 обмин1.
Пробы бензина объемом не выше 150 мл заливали в топливный бак одноцилиндрового, четырехтактного, верхнеклапанного двигателя (Biggs & Stratton) мощностью 7,4 кВт (крутящий момент 3600 об-мин-1). Рабочий объем двигателя 306 см3.
Испытание проб топлива проводили после предварительной процедуры прогрева двигателя. Моментом окончания опыта служила полная остановка двигателя, которая была обусловлена отсутствием подачи бензина в камеру сгорания из-за малого его содержания в топливном баке. Время, затраченное на проведение одного эксперимента, не превышало 10 минут. Рассчитанный расход топлива составил не более 0,9 л-час-1.
2. Результаты и обсуждение
В результате проведанных исследований установлено, что измеренные индикатором ОКТАН-ИМ октановые числа бензинов составляют 95,197,0 о. е. (табл. 2). С учетом погрешности измерения (±2 о. е.) такие значения ОЧИ вполне соответствуют заявленным производителем топлива величинам октанового числа, равного 95.
Определение индикатором ОКТАН-ИМ октанового числа основано на измерении комплексной диэлектрической проницаемости бензина (s комп ) [8-12].
Этот метод (диэлькометрия) относится к косвенному однофакторному способу определения ОЧ. Математическая модель, описывающая связь октановых чисел с Sкомп, не только нелинейная, но и содержит внутренние противоречия. К ним относят большой вклад в Sкомп диэлектрических проницаемостей аренов (имеющих более высокое, чем у иных углеводородов, значение s) и существенную зависимость ОЧ от содержания в бензинах этих веществ [10]. Установлено, что диэлькометрия имеет максимальную чувствительность для бензинов с октановыми числами 88-93 о. е. Чувствительность метода для топлива, имеющего ОЧ выше 95, падает. Затруднения в распознавании указных марок связаны с присутствием в высокооктановых бензинах изооктана, изопента-на и бутанов, которые при высоком октановом
числе компаунда имеют низкую диэлектрическую проницаемость [9].
Принимая во внимание особенности диэлько-метрии, следует заключить, что вещества, улучающие свойства инновационных и высококачественных сортов топлива не оказывают влияние на результат измерения октанового числа бензина.
Таблица 2
Октановые числа бензинов
Показатель Бензин
Б-1 БИН-2 БВК-3 Б-4
Октановое число по исследовательскому методу - ОЧИ 96,8 95,4 97,0 95,1
Table 2
Octane numbers of gasolines
Index Gasoline
G-1 IG-2 HQG-3 G-4
Research octane number - RON 96.8 95.4 97.0 95.1
В табл. 3 приведены показатели исследованных проб бензинов, а в табл. 4 табличный протокол перегонки пробы бензина Б-4. Плотность бензинов, температура конца кипения, остаток в колбе и кислотность соответствуют нормам ГОСТ. Аналогичный вывод следует и из сопоставления данных (табл. 3) с нормативными значениями температур и объемной доли испарившегося бензина. Следовательно, полугодичный срок хранения образцов топлива никак не сказывается на параметрах горючего, его физической и химической стабильности.
В испытаниях с использованием раствора перманганата калия установлено, что после введения реактива в пробы топлив со временем происходит изменение цвета водного раствора КМп04. Лиловый окрас перманганата калия исчезает, и в растворе, который приобретает коричневый цвет, появляются бурые хлопья. Через сутки в приготовленных таким образом образцах бурые хлопья не исчезают, раствор становится бесцветным. Наблюдаемые в опытах с перманганатом калия эффекты изменения цвета водного раствора и образование бурых хлопьев свидетельствуют о том, что в бензинах присутствуют углеводороды с двойной химической связью. Такими углеводородами в бензинах в первую очередь являются олефиновые углеводороды.
Таблица 3
Плотность р, кислотность К, температура конца кипения проб топлива и остаток в колбе
Бензин p, кг-м-3 при 15 °С* Остаток в колбе, %** * of**** 'км С К, мг КОН на 100 мл бензина****
Б-1 743 1,1 205 0,56
БИН-2 750 1,2 205 1,68
БВК-3 737 1,1 196 0,56
Б-4 750 1,0 194 1,68
Примечание: * плотность при 15 °С по нормам ГОСТ 32513-2013 составляет 720-780 кг-м3; ** остаток в колбе, % (по объему) не более 2 (ГОСТ 32513-2013); *** конец кипения , °С не выше 2150С (ГОСТ 32513-2013); **** кислотность, мг КОН на 100 см3, не более 3 (ТУ 38.001.165-87).
Table 3
Density p, acidity K), end boiling point of fuel samples tbc and flask residue
Gasoline p, kgm-3 at 15 °С* Residue in the flask, %** t ос*** 'end of boiling, С К, mg КОН at 100 ml gasoline****
G-1 743 1.1 205 0.56
IG-2 750 1.2 205 1.68
HQG-3 737 1.1 196 0.56
G-4 750 1.0 194 1.68
Note: * density at 15 °C according to GOST 32513-2013 is 720-780 kg-m 3; ** residue in the flask, % (by volume) no more than 2 (GOST 32513-2013); *** end of boiling, °C not higher than 215 °C (GOST 32513-2013); **** acidity, mg KOH per 100 cm3, not more than 3 (TU 38.001.165-87).
Таблица 4
Табличный протокол перегонки пробы бензина Б-4 ^-объемная доля испарившегося бензина)
Параметр Температура перегонки, °С
55 61 70 90 100 118 123 130 144 158 171 193
V, %* 10 20 30 40 45 60 65 70 75 80 85 95
Примечание: * объемная доля испарившегося бензина, %, при температуре (ГОСТ 32513-2013): 70 °С составляет 15-50; 100 °С составляет 40-70; 150 °С составляет не менее 75.
Table 4
Tabular protocol for the distillation of a sample of gasoline G-4 (V is the volume fraction of evaporated gasoline)
Parameter Distillation temperature, °С
55 61 70 90 100 118 123 130 144 158 171 193
V, %* 10 20 30 40 45 60 65 70 75 80 85 95
Note: * volume fraction of evaporated gasoline, %, at temperature (GOST 32513-2013): 70 °C is 15-50; 100 °C is 40-70; 150 °C is at least 75.
Таблица 5
Кислотность различных марок бензина, сроки хранения проб топлива х
Показатель Бензин
Б-1 БИН-2 БВК-3 Б-4 БИН-95 Б-92 Б-100
К, мг КОН на 100 мл бензина 0,56 1,68 0,56 1,68 3,36 7,28 8,96
х, год 0,5 0,5 0,5 0,5 2,42 2,66 2,75
Table 5
Acidity of various grades of gasoline, shelf-life fuel samples x
Index Gasoline
G-1 IG-2 HQG-3 G-4 IG-95 G-92 G-100
K, mg KOH per 100 ml of gasoline 0.56 1.68 0.56 1.68 3.36 7.28 8.96
х, year 0.5 0.5 0.5 0.5 2.42 2.66 2.75
♦
y = 2,6736x -0,3145 R2 = 0,8083
........♦
♦ ..........
♦
I I I
1 2 3
Срок хранения, год / Shelf life, year
Рис. 1. Диаграмма рассеяния и линейная аппроксимация данных посредством построения лини тренда Figure1. Scatterplot and linear approximation of data by plotting a trend line
Таблица 6
Уравнение регрессии, величина достоверности аппроксимации Я2 характеристики линейной модели
Регрессия A, %* п2 ** Лскорр г *** * расч г **** * крит R2
у = 2,6736х - 0,3145 50,7 0,7699 21,1 6,6 0,8083
Примечание: * средняя относительная ошибка аппроксимации; ** скорректированный коэффициент детерминации; *** расчетное значение критерия Фишера; ****критическое значение критерия Фишера.
Table 6
Regression equation, approximation confidence value R2 of linear model characteristics
Regression A, %* п2 ** adjusted г *** * calculated г **** * critical R2
у = 2.6736Х-0.3145 50.7 0.7699 21.1 6.6 0.8083
Note: * average relative approximation error; ** adjusted coefficient of determination; *** calculated value of the Fisher criterion; **** critical value of the Fisher criterion.
Замечено, что в бензине Б-4 изменение цвета водного раствора KMnO4 и появление хлопьев проходит намного быстрее, чем в пробах Б-1, БИН-2 и БВК-3. Причем и их количество намного ниже присутствующих в других пробах хлопьевидных образований. Это отличие, так же как и разница температур конца кипения, более высоких (БВК-3, Б-1) по сравнению с Б-4, свидетельствует о том, что октановые числа являются отражением особенностей компонентного состава бензинов.
В табл. 5 приведены данные кислотности различных марок бензинов и сроки их хранения.
Из сопоставления данных (табл. 5) следует, что в значениях кислотности и сроков хранения
й
S u
M ^
S о
R м
S <4-1
^ о
10
«
щ
ft К о
8
6
4
2
0
образцов топлива просматривается определенная тенденция. Кислотность возрастает с увеличением срока хранения проб бензинов.
Статистико-математическую обработку данных проводили с помощью статистических функций и надстроек «Пакет анализа», «Поиск решения» табличного процессора Microsoft Office Excel3 [13; 14].
3 Воскобойников Ю.Е. Эконометрика в EXCEL: в 2 ч. Ч. 1. Парный и множественный регрессионный анализ: учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГАСУ, 2005. 156 с.; Ляхо-вецкий А.М., Кремянская Е.В., Климова Н.В. Статистика: учебное пособие. М.: КНОРУС, 2016. 362 с.; Кадочникова Е.И. Эконометрика: конспект лекций. Казань: Казанский федеральный университет, 2013. 106 с.
Оценку связи между кислотностью бензина и сроком его хранения проводили корреляционным методом анализа, расчетом коэффициента корреляции. Коэффициент парной корреляции грасч составил 0,899. Характер силы связи К с т, проведенный с использованием шкалы Чеддока, оценивается как сильный. Статистическую значимость параметра Грасч проводили путем сравнения абсолютной величины Грасч с критической
(табличной) величиной гкрит.
Установлено, что вероятности (95 %)
с заданной степенью
|грасч >7крит|, гкрит = 0,754. Следовательно, можно утверждать, что между К и т существует значимая линейная связь, или гипотеза о значимости линейной связи не отвергается.
Для проверки наличия функциональной линейной зависимости К от т, а также прогнозирования величин кислотности бензина, зависящих от срока хранения топлива, использовали регрессионный анализ, основанный на линейной аппроксимации данных (табл. 4) посредством построения лини тренда (рис. 1).
В табл. 6 представлены уравнение регрессии, величина достоверности аппроксимации (Л2) и характеристики линейной модели.
Точность математической модели оценивают по величине ошибки аппроксимации. Высокая точность модели характеризуется значениями А ниже 10 %. Таким значением линейная модель не обладает (табл. 6).
Среднюю относительную ошибку аппроксимации рассчитывали по формуле4
У1-У1
У1
100,
(1)
где n - число измерений; y - экспериментальное значение; yi - теоретическое (расчетное) значение.
Проверку статистической значимости уравнения регрессии проводили по критерию Фишера ^расч. Табличное значение критерия Фишера (критическое значение ^Крит) определяли с помощью встроенной функции Excel «^РАСПОБР» при уровне значимости 0,05.
Критерием статистической значимости (адекватности) уравнений регрессии является усло-
4 ВоскобойниковЮ.Е. Эконометрика в EXCEL.
вие, при котором ^расч > ^крит. Для данных, приведенных в табл. 5, ^расч > ^крит. Следовательно, линейная модель статистически значима. Большая величина средней относительной ошибки аппроксимации, а также низкое значение скорректированного (нормированного) коэффициента детерминации не позволяют применить полученную модель для прогнозирования. Модель пригодна для принятия только некоторых решений.
Расчет характеристик линейной модели можно проводить не только используя соответствующие формулы, но и функцией «Регрессия» надстройки «Пакет анализа» (рис. 2).
Из сопоставления данных (табл. 5) следует, что для бензинов со сроком хранения 0,5 года кислотность никак не связана с маркировкой, будь то инновационный, высококачественный или обычный бензин. Однако в ряду К от т кислотность БИН-95 (инновационный бензин) со сроком хранения 2,42 года ниже кислотности Б-92, Б-100 со сроком хранения, незначительно отличающимся от указанной величины т (табл. 5). Это может свидетельствовать о том, что химическая стабильность улучшенных сортов бензина выше, чем у традиционного топлива.
Полноту сгорания взятых на испытание проб бензинов оценивали, как это отмечено ранее, по содержанию в отработавших газах не-сгоревших углеводородов СН. Влияние особенностей компонентного состава топлива на указанный процесс проводили, измеряя и анализируя содержание в ОГ оксидов азота NOx.
На рис. 3 представлен фрагмент табличного протокола с регистрируемыми газоанализатором данными СН и NOx.
Из анализа приведенных значений содержания в ОГ оксидов азота следует, что отработавшие газы, образующиеся при сгорании топлива БИН-2, не содержат NOx (рис. 3). В отработавших газах, возникающих при сгорании других бензинов, содержание NOx изменяется от 0 до 68 млн-1. Аналогичные флуктуации величин содержания наблюдаются и для СН. Например, в ОГ, образующихся при сгорании БИН-2, содержание СН с 173 млн-1 сначала падает до 163 млн-1, а потом возрастает до 191 млн-1 (рис. 3). Иллюстрирует такие колебания приведенное на рис. 4 изменение содержания СН (ЛС(СН)) в отработавших газах, образующихся при сгорании топлива БИН-2.
ВЫВОД ИТОГОВ / RESULTS
Регрессионная статистика/Regression statistics
Множественный R/ Multiple R 0,899065759
R-квадрат/ R-square 0,808319239
Нормированный R-квадрат/ Normalized R-square 0,769983087
Стандартная ошибка / Standard error 1,61465281
Наблюдения / Observations 7
Дисперсионный анализ/ Analysis of variance
df 55 MS F Значимость F/ Significance F
Регрессия / Regression 1 54,97088152 54,97088152 21,08503839 0,005883741
Остаток / Remainder 5 13,03551848 2,607103696
Итого / Total 6 68,0064
Коэффиц иент ы / Coefficients Стандартная ошибка / Standard Error t-cmam ист и на/ t-Statistic Р-Значение / Р-Value Нижние 95%/ Lower 95% Верхние 95%/ Upper 95% Нижние 95%/ Lower 95% Верхние 95%/ Upper95%
Y-пересечение / Y-intersection -0,314465956 1,02028182 -0,308214798 0,770345928 -2,937183869 2,308251958 -2,93718387 2,308251958
Переменная XI/ Variable X1 2,673576978 0,582244634 4,59184477 0,005883741 1,176869498 4,170284457 1,176869498 4,170284457
Рис. 2. Инструмент анализа «Регрессия» табличного процессора Microsoft Office Excel Figure 2. Analysis tool "Regression" spreadsheet Microsoft Office Excel
БИН-2/ IG-2 БИН-2/ 16-2 БВК-3/ HQG-3 БВК-3 / HQG-3 Б-1/G-l Б-1/G-l B-4/G-4 Б4/G-4 Время, с/ Tïme,s
СН, ррт NOx, ррт СН, ррт NOx, ррт СН, ррт NOx, ррт СН, ррт NOx, ррт
173 0 232 17 312 0 487 0 1
173 0 230 0 301 1 487 30 2
173 0 229 0 294 1 487 23 3
173 0 228 18 292 34 487 34 4
173 0 228 0 292 0 485 42 5
173 0 226 0 291 51 485 68 6
173 0 226 10 288 40 470 31 7
173 0 226 0 283 64 470 34 8
173 0 226 21 278 15 461 38 9
173 0 226 33 274 70 454 1 10
173 0 226 0 274 20 449 0 11
173 0 226 25 271 36 449 0 12
170 0 226 0 266 0 446 0 13
170 0 226 0 258 6 444 0 14
167 0 226 0 252 0 441 0 15
165 0 226 0 252 0 438 0 16
164 0 226 0 251 1 438 0 17
163 0 226 0 251 0 434 0 18
163 0 234 0 252 33 430 0 19
163 0 243 0 255 0 427 8 20
163 0 250 7 262 52 424 0 21
163 0 250 0 262 0 419 0 22
163 0 256 0 272 49 419 0 23
163 0 261 1 284 0 410 0 24
163 0 265 0 295 7 410 0 25
166 0 268 16 300 0 406 17 26
172 0 268 0 300 0 403 14 27
177 0 268 0 304 0 403 0 28
184 0 268 0 311 6 400 21 29
191 0 260 0 320 6 394 9 30
191 0 254 0 324 0 394 23 31
Рис. 3. Фрагмент табличного протокола данных,
полученных при испытании топлив Figure 3. Fragment of the tabular protocol of data obtained during fuel testing
Флуктуации, представленные на рис. 4, не позволяют по среднему арифметическому значению провести корректно сравнительную оценку содержания СН и NOx в ОГ двигателя, работающего на исследуемых образах топлива. Поэто-
му было принято решение рассчитать методом трапеций площадь под полученными при испытании бензинов кривыми:
+/(х2) + - + Дх„_1)], (2)
. Ь—а л ч
где п - шаг интегрирования (п = = 1 с);
/(Х;) - значения подынтегральной функции в точках Хо,Х^,Х2,Хз,...,Х,г_^,Х,г.
В табл. 7 приведены результаты проведенного с помощью формулы трапеций интегрирования.
Из сопоставления данных (табл. 7) следует, что при сгорании традиционных бензинов площадь под кривыми содержания в отработавших газах СН и NOx выше аналогичного параметра, полученного для инновационного и высококачественного сортов топлива. Следовательно, по такому показателю, как полнота сгорания, инновационный и высококачественный бензины превосходят бензины, не содержащие веществ, улучшающих горение. Подобный вывод можно сделать и для оксидов азота, содержание которых связано с присутствием в бензине компонентов, повышающих температуру газов, возникающих в камере сгорании силового агрегата. Необходимо отметить, что площадь с такой размерностью (млн-1-с) следует отнести к условно-
му показателю содержания в отработавших газах СН и NOx. Несмотря на условность параметра S, входящие в соотношение 2 значения функции /(х^) различны. Так, максимальное значение СН в отработавших газах, образующихся
при сгорании БИН-2, составило 248 млн1, а при сгорании Б-1 - 668 млн-1. Эти отличия, отражаясь в величине площади, создают однозначное соответствие параметра S содержанию в отработавших газах СН и NOx.
в ft я ft
К ®
Ö ^
< ^
270 250 230 210 190 170 150
ft
ЛЧ.
п
, «п f
_ к \ I
il w»
200 400
Время, с / Time, s
600
Рис. 4. Изменение содержания СН ДС(СН) от времени проведения опыта (посекундная запись показаний регистратора) в отработавших газах, образующихся при сгорании топлива БИН-2 Figure 4. Change in the content of CH ДС(СН) from the time of the experiment (second-by-second recording of the recorder readings) in the exhaust gases generated during the combustion of fuel IG-2
Таблица 7
Рассчитанные методом трапеций площади под кривыми зависимостей содержания СН и N0,
от времени проведения опыта
Газ Бензин
Б-1 БИН-2 БВК-3 Б-4
S(CH), млн-1-с 145 844 71 861 101 461 286 171
S(NOx), млн-1-с 9282 0 924 5638
Table 7
Calculated by the trapezoidal method, the areas under the curves of dependences of the content of CH and NOx
on the time of the experiment
Gas Gasoline
G-1 IG-2 HQG-3 G-4
S(CH), ppm-s 145 844 71 861 101 461 286 171
S(NOx), ppm-s 9282 0 924 5638
0
Заключение
Представленные в исследовании результаты показали, что плотность бензинов, температура конца кипения, остаток в колбе и кислотность соответствуют нормам ГОСТ. Полугодичный срок хранения образцов топлива никак не сказывается на параметрах горючего, его физической и химической стабильности. Показано, что вещества, улучающие свойства инновационных и высококачественных сортов топлива, не оказывают влияние на результат измерения октанового числа бензина. Установлено, что химическая стабиль-
ность улучшенных сортов бензина выше, чем у традиционного топлива. Показано, что по полноте сгорания инновационный и высококачественный бензины превосходят бензины, не содержащие веществ, улучшающих горение. Подобный вывод можно сделать и для оксидов азота, содержание которых связано с присутствием в бензине компонентов, повышающих температуру газов, возникающих в камере сгорании силового агрегата. Показано, что инновационный и высококачественный бензины улучшают эксплуатационные и экологические качества топлива.
Список литературы
1. Гаврилов Н.В., Дуров О.В. Получение экологически чистых бензинов, соответствующих евростандартам // Химия и технология топлив и масел. 2008. № 6. С. 9-14.
2. Овчинников Г.В. Влияние загрязнения и износа элементов электромагнитных форсунок на характеристики автомобильного бензинового двигателя: дис. ... канд. техн. наук. Владимир, 2009. 144 с.
3. Скворцов Б.В., Силов Е.А. Исследование корреляционных зависимостей между октановым числом и электродинамическими параметрами углеводородных продуктов // Известия Самарского центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. № 5. С. 64-71.
4. Ramadhas A.S., Singh V.P., Subramanian M., Acharya G.K., Basu B., Malhotra R.K. Impact of fuel additives on intake valve deposits, combustion chamber deposits and emissions. SAE International Powertrains, Fuels and Lubricants Meeting. 2011. https://doi.org/10.4271/2011-01-1980
5. Borzaev B.K., Karpov S.A., Kapustin V.M. Multifunctional additives for automotive gasolines // Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2007. Vol. 43. Pp. 108-113. https://doi.org/10.1007/s10553-007-0021-y
6. Котов С.В., Тыщенко В.А., Овчинников К.А., Баклан Н.С., Тимофеева Г.В., Гусева И.А., Еремин М.С. Многофункциональная присадка к высококачественным бензинам // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2017. № 10. С. 15-19.
7. Лазарев И.С., Кабанов А.Н. Переход России к производству высококачественного бензина европейского качества и логистические аспекты его перевозки // Успехи в химии и химической технологии. 2015. Т. 29. № 2 (161). С. 123-125.
8. Скворцов Б.В., Силов Е.А., Солнцева А.В. Определение взаимосвязи показателей детонационной стойкости с электродинамическими параметрами углеводородных топлив на основе статистического моделирования компонентного состава // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2010. № 1 (21). С. 166-173.
9. Руднев ВА., Бойченко А.П., Карножицкий П.В. «TOP-DOWN» подход для оценки неопределенности измерений диэлектрической проницаемости неводных растворителей и их многокомпонентных смесей // Вестник Харьковского национального университета. Химия. 2010. Т. 19. № 932. С. 160-169.
10. Николаев В.Ф. Экспресс-методы тестирования композиционных продуктов нефтепромысловой химии и моторных топлив: монография. Казань: Изд-во КНИТУ, 2012. 124 с.
11. Мачулин Л.В. Проблемы экспресс-определения октанового числа и пути его решения // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2013. № 9. С. 13-18.
12. Мачулин Л.В. Сравнительная характеристика прямых и косвенных методов определения октанового числа // Газовая промышленность. 2014. № 9. С. 100-105.
13. Бараз В.Р., Пегашкин В.Ф. Использование MS EXCEL для анализа статистических данных. 2-е изд., перераб. и доп. Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2014. 181 с.
14. Абдуллин Р.З., Абдуллин В.Р. Эконометрика в MS Excel. Практикум. Иркутск: Изд-во БГУ, 2016. 135 с.
References
1. Gavrilov NV, Durov OV. Production of ecologically clean gasolines meeting european standards. Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2008;44(6):379-385. https://doi.org/10.1007/s10553-009-0083-0
2. Ovchinnikov GV. The influence of pollution and wear of elements of electromagnetic injectors on the characteristics of an automobile gasoline engine (dissertation of Candidate of Technical Sciences). Vladimir; 2009. (In Russ.)
3. Skvorcov BV, Silov EA. Research of correlation dependences between octan number and electrodynamic parameters of hydrocarbonic products. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2009;11(5):64-71. (In Russ.)
4. Ramadhas AS, Singh VP, Subramanian M, Acharya GK, Basu B, Malhotra RK. Impact of fuel additives on intake valve deposits, combustion chamber deposits and emissions. SAE International Powertrains, Fuels and Lubricants Meeting. 2011. https://doi.org/10.4271/2011-01-1980
5. Borzaev BK, Karpov SA, Kapustin VM. Multifunctional additives for automotive gasolines. Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2007;43:108-113. https://doi.org/10.1007/s10553-007-0021-y
6. Kotov SV, Tyschenko VA, Ovchinnikov KA, Baklan SN, Timofeeva GV, Guseva IA, Eremin MS. Multifunctional additive for high-quality gasoline. World of Petroleum Products. 2017;(10):15-19. (In Russ.)
7. Lazarev IS, Kabanov AN. Transition of Russian petrol to European quality standards. Logistical aspects of transportation. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2015; 29(2):123-125. (In Russ.)
8. Skvortsov BV, Silov EA, Solntseva AV. Determination of the relationship of detonation resistance indicators with electrodynamic parameters of hydrocarbon fuels based on statistical modeling of component composition. Bulletin of the Samara State Aerospace University. 2010;(1):166-173. (In Russ.)
9. Rudnev VA, Boychenko AP, Karnozhitsky PV. A TOP-DOWN approach for estimating the uncertainty of permittivity measurements of non-aqueous solvents and their multicomponent mixtures. Bulletin of Kharkiv National University. Chemistry. 2010;19(932):160-169. (In Russ.)
10. Nikolaev VF. Express methods of testing composite products of oilfield chemistry and motor fuels. Kazan: KNITU Publ.; 2012. (In Russ.)
11. Machulin LV. The problem of quick determination of octane number and the ways of its solution.
Neftepererabotka i Neftekhimiya. Nauchno-Tekhnicheskie Dostizheniya i Peredovoj Opyt. 2013;(9):13-18. (In Russ.)
12. Machulin LV. Direct and indirect octane methods: comparisons. Gas Industry. 2014;(9):100-105.(In Russ.)
13. Baraz VR, Pegashkin VF. Using MS EXCEL to analyze statistical data. 2nd ed., revised and add. Nizhny Tagil: NTI (branch) UrFU; 2014. (In Russ.)
14. Abdullin RZ, Abdullin VR. Econometrics in MS Excel: practicum. Irkutsk: BSU Publ.; 2016. (In Russ.)
Сведения об авторах
Ходяков Александр Андреевич, кандидат химических наук, доцент департамента транспорта, Инженерная академия, Российский университет дружбы народов, Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6; ORCID: 0000-0001-9391-2890, Scopus Author ID: 6701565417, eLIBRARY SPIN-код: 4780-1919; khodyakov-aa@rudn.ru
Хлопков Сергей Валентинович, кандидат технических наук, доцент департамента транспорта, Инженерная академия, Российский университет дружбы народов, Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6; ORCID: 0000-0001-9536-7558, Scopus Author ID: 57212109092, eLIBRARY SPIN-код: 8997-3305; khlopkov-sv@rudn.ru
Асоян Артур Рафикович, доктор технических наук, профессор департамента транспорта, Инженерная академия, Российский университет дружбы народов, Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6; профессор кафедры эксплуатации автомобильного транспорта и автосервиса, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, Российская Федерация, 125319, Москва, Ленинградский пр-кт, д. 64; ORCID: 00000002-1976-9376, Scopus Author ID: 57207115973, eLIBRARY SPIN-код: 1020-5089; asoyan-ar@rudn.ru
Истомин Данил Владиславович, магистрант, департамент транспорта, Инженерная академия, Российский университет дружбы народов, Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6; ORCID: 0000-0002-02322025; 1032212204@rudn.ru
Алибекова Джейран Руслановна, магистрант, департамент транспорта, Инженерная академия, Российский университет дружбы народов, Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6; ORCID: 0000-0003-35419517; 1032212205@rudn.ru
Нарожный Алексей Алексеевич, магистрант, департамент транспорта, Инженерная академия, Российский университет дружбы народов, Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6; ORCID: 0000-0002-33952871; 1032212206@rudn.ru
About the authors
Alexander A. Khodyakov, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of Transport, Academy of Engineering, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), 6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation; ORCID: 0000-0001-9391-2890, Scopus Author ID: 6701565417, eLIBRARY SPIN-code: 4780-1919; khodyakov-aa@rudn.ru
Sergey V. Khlopkov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Transport, Academy of Engineering, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), 6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation; ORCID: 0000-0001-9536-7558, Scopus Author ID: 57212109092, eLIBRARY SPIN-code: 8997-3305; khlopkov-sv@rudn.ru
Artur R. Asoyan, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Transport, Academy of Engineering, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), 6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation; Professor of the Department of Operation of Road Transport and Car Service, Moscow Automobile and Road Construction State Technical University, 64 Leningradskii Prospekt, Moscow, 125319, Russian Federation; ORCID: 0000-0002-19769376, Scopus Author ID: 57207115973, eLIBRARY SPIN-code: 1020-5089; asoyan-ar@rudn.ru
Danil V. Istomin, master's student, Department of Transport, Academy of Engineering, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), 6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation; ORCID: 0000-0002-0232-2025; 1032212204@rudn.ru
Djeqran R. Alibekova, master's student, Department of Transport, Academy of Engineering, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), 6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation; ORCID: 0000-0003-35419517; 1032212205@rudn.ru
Alexey A. Narozhnyi, master's student, Department of Transport, Academy of Engineering, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), 6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation; ORCID: 0000-0002-3395-2871; 1032212206@rudn.ru
