Кандидат технических наук Лев Мачулин (г. Ухта)
Ни об одном показателе качества автомобильного бензина не ходит столько нелепых слухов и легенд, как об октановом числе. Слышали об этом числе и видели цифры на заправках 80-92-95-98 практически все, но что они означают, доподлинно известно немногим.
Томас Миджлей (1889-1944) - американский химик и механик, прославившийся открытием фреона и тетраэтилсвинца. Изобретатель первого электромеханического датчика детонации. Фото: Engineers Club of Dayton Foundation, Ohio, USA.
Первый испытательный двигатель компании Waukesha Motors (1929 г.). Фото: An Interna-tional Historic Mechanical Engineering Land-mark. The Waukesha CFR Fuel Research Engine / Waukesha Engine Division Dresser Industries Inc. - Bulletin No. 1163. - June 1980.
Октановые числа некоторых индивидуальных углеводородов по моторному методу (моторные октановые числа - ОЧМ).
Установка УИТ-85 - «рабочая лошадка» нефтезаводских лабораторий. Фото Льва Мачулина.
Многополосный ИК-спектрометр может определять октановое число только в руках профессионала. Фото Льва Мачулина.
Различия в условиях определения октанового числа по моторному и исследовательскому методам.
Несмотря на активную пропаганду альтернативных источников энергии, человечество продолжает потреблять автомобильный бензин с завидным аппетитом - в объёмах порядка миллиарда тонн в год. При этом горючее, заливаемое в бак автомобиля, должно соответствовать определённым требованиям качества. В противном случае двигатель не сможет продемонстрировать все свои возможности, а то и вовсе будет выведен из строя. Но что подразумевается под словами «качество бензина»? Раскрыв любой официальный документ, содержащий технические требования к качеству бензина, мы обнаружим таблицу с целым комплексом нормативов по более чем десятку параметров - испаряемости, плотности, окисляемости, содержанию различных компонентов, примесей и т. д. Причём требования эти большей частью совершенно идентичны для разных марок бензина. Иными словами, бензин, независимо от марки, должен быть чистым, прозрачным, обеспечивать лёгкость запуска мотора, не создавать в линиях подачи паровых пробок, не содержать откровенной отравы и давать в меру токсичный выхлоп. И лишь взгляд на верхнюю строку таблицы расставляет всё по местам.
Итак, основной показатель качества бензина, определяющий его марку (а попутно и ценовую категорию), - детонационная стойкость: способность воспламеняться и сгорать в цилиндрах двигателя без нежелательных взрывных процессов. Конечно, детонационное сгорание бензовоздушной смеси не способно разрушить двигатель наподобие тротиловой шашки. Но следует знать, что вместо положенных 20-40 м/с фронт пламени при детонации распространяется со скоростью 2000-2500 м/с, что сравнимо с классической взрывчаткой! Переход к столь ненормальному режиму сгорания обусловливается интенсификацией процессов предпламенного окисления паров бензина с образованием нестабильных органических перекисей, накопление которых выше определённого предела при некоторых условиях заканчивается самовоспламенением и взрывом. Вот тогда-то и начинаются самые действующие на нервы «звенящие» постукивания, последствия которых достаточно печальны - возникающие в двигателе гиперзвуковые ударные волны способны сдирать масляную плёнку со стенок гильзы, увеличивая износ цилиндра и поршневых колец. Повышается дымность выхлопа, возникает перегрев мотора и снижается его мощность, происходят местные разрушения камеры сгорания и поверхности поршня. Потому только детонационная стойкость - важнейшая характеристика бензина - при равенстве прочих параметров даёт ответ, можно ли заливать его в бак конкретной машины.
Спровоцировать детонацию может многое: неоправданное увеличение частоты оборотов двигателя, неправильный состав смеси, неверно отрегулированный угол опережения зажигания и т. д. Но всё это не относится к качеству бензина, да и мотор современного автомобиля спроектирован так, чтобы не создавать проблем на ровном месте. Основная же причина детонации - несоответствие детонационной стойкости бензина степени сжатия двигателя, то есть соотношению свободных объёмов его цилиндров в нижней и верхней мёртвых точках. Чем выше степень сжатия, тем эффективнее работает двигатель, тем бoльшую мощность можно получить с единицы объёма цилиндра. Поэтому степень сжатия у современных двигателей достаточно высокая. Но чем она выше, тем сильнее детонирует бензин!
Долгое время детонация была главным фактором, сдерживающим развитие бензиновых двигателей. И именно появление бензинов, устойчивых к детонации, способствовало стремительному рывку в области авиа- и автомобилестроения, фактически преобразившему мир. Располагая в середине 20-х годов ХХ века лишь тихоходными фанерными аэропланами и грузовиками-«полуторками», во Вторую мировую войну человечество вступило уже со скоростными цельнометаллическими самолётами, самоходной бронированной техникой и полностью обновлённым автопарком. И достигнут этот беспрецедентный рывок во многом благодаря успехам в борьбе с детонацией бензина, мерой устойчивости к которой является октановое число, с которым связано столько мифов.
Миф первый: октановое число характеризует содержание октана - наиболее ценного компонента бензина.
Самое нелепое заблуждение. Да, октан (нормальный насыщенный углеводород с брутто-формулой С8Н18) в небольших количествах и впрямь может присутствовать в бензине. Но боже упаси добавлять его туда специально! Вопреки распространённому мнению октановое число чистого октана умопомрачительно низко - оно даже ниже, чем у эталонного «антибустера» гептана, чье октановое число принято за ноль! То есть чем меньше октана в бензине, тем лучше. Но почему тогда число - октановое?
Напомним, что данный показатель отвечает не за состав, а за детонационную стойкость топлива. И называть его, по большому счёту, следовало бы не октановым, а изооктановым - ведь именно изооктан (по химической номенклатуре - 2,2,4-триметилпентан) принят в качестве эталона шкалы детонационной стойкости с номиналом в 100 пунктов. То есть если бензин детонирует так же, как смесь из 92 частей изооктана и 8 частей гептана, то говорят, что его октановое число равно 92. При этом самого изооктана в бензине может не быть. А уж октану там и вовсе делать нечего.
Миф второй: высокооктановый бензин горит быстрее и жарче, за счёт чего двигатель развивает бoльшую мощность.
Это не так. Напротив, высокооктановые бензины воспламеняются медленнее, чем низкооктановые, причём настолько, что в старых двигателях с небольшой степенью сжатия их применение вызывает прогар выпускных клапанов с проскоком пламени в глушитель. Так что не рассчитывайте поднять мощность мотора, заливая в бак бензин с избыточным октановым числом. Ничего хорошего из этого не выйдет. Кстати, именно по причине замедленного воспламенения высокооктановые бензины нормально сгорают в мощных двигателях с высокой степенью сжатия, в чём, собственно, и заключается их главная прелесть. Теплотворная же способность литра бензина больше зависит от его плотности.
Миф третий: октановое число не может быть больше 100.
Ещё как может! Чтобы правильно воспринять это странное заявление, поговорим немного о химии углеводородов - класса органических соединений, чьи молекулы состоят исключительно из атомов углерода и водорода. А бензин состоит именно из них.
Благодаря наличию у атомов углерода четырёхвалентных связей и их способности выстраивать цепочки соединения с участием этого элемента отличаются потрясающим разнообразием. То же касается и углеводородов - в них цепь атомов углерода может вытягиваться в линию, ветвиться, замыкаться в различного рода циклы. Добавим сюда возможность образовывать кратные связи, и станет понятно, что число возможных комбинаций атомов углерода и водорода практически неисчерпаемо. К счастью, состав бензина не настолько сложен - количество атомов углерода в содержащихся в нём углеводородах обычно не превышает десяти. Впрочем, и это даёт нам в итоге сотни и даже тысячи компонентов.
Так вот, выяснилось, что наиболее склонны к детонации углеводороды линейного строения (у химиков они именуются «нормальными»), которых традиционно много как в природном сырье, так и в прямогонных бензинах. Чем длиннее цепочка, тем ниже октановое число. Углеводороды, имеющие разветвлённое строение (они именуются изомерными), сопротивляются детонации гораздо лучше - неспроста эталоном детонационной стойкости признан упомянутый нами изооктан (по сути дела, пентан с тремя боковыми «отростками»). А что может быть лучше эталона?
Лучше оказались углеводороды с приятным названием «ароматические» (хотя пахнут они отнюдь не духами), имеющие в составе молекулы особый шестичленный цикл - бензольное кольцо. К ним относятся собственно бензол, а также его производные - метилбензол (толуол), этилбензол, диметилбензолы (ксилолы) и триметилбензолы (мезитилен, псевдокумол). Их октановые числа превышают 100. А ещё существуют особые присадки, также способные поднять октановое число бензина выше заветной сотни.
Чтобы идти в ногу со временем, нефтепереработчики создали сначала крекинг-процесс (увеличивающий выход бензина и его октановое число за счёт расщепления тяжёлых и линейных углеводородов), потом процесс риформинга (для наращивания октанового числа за счёт образования ароматических углеводородов). Да и производители присадок сложа руки не сидели. Казалось бы, для конструкторов настали золотые дни - повышай себе степень сжатия моторов и в ус не дуй. Но через некоторое время наступило отрезвление. Присадки отравили всё вокруг свинцом, а наращивать содержание ароматических углеводородов оказалось возможным только до определённого предела: начались проблемы как с их токсичностью, так и с банальным перегревом двигателей (в «ароматике» маловато водорода, и режим их горения довольно специфический). В результате степень сжатия моторов в 1980-х годах вынуждена была отыграть немного назад, а верхняя планка октанового числа на заправках так и не пробила потолок в 100 пунктов.
Миф четвёртый: октановое число можно измерить с помощью портативного прибора.
Мы не раз видели по телевизору, а некоторые и воочию, как приезжает на заправку фургончик передвижной лаборатории, из него выходит строгая тётенька в белом халате, раскрывает пластиковый чемоданчик, наливает бензин в какой-то прибор, пара нажатий кнопок, и - вуаля, получите предписание: «Ваш бензин не соответствует ГОСТу по октановому числу!» В этот момент вполне можно обвинить строгую тётеньку в профессиональной некомпетентности и… нарушении всё того же ГОСТа, вернее, технического регламента Евразийского союза, где чёрным по белому сказано, какими методами можно определять октановое число.
Октановое число относится к наиболее трудноопределяемым параметрам бензина. Стандартные арбитражные методы его количественной оценки предусматривают весьма затратные моторные испытания на стационарных стендовых установках, производящихся всего в четырёх странах мира (США, Россия, Германия, Китай) и недоступных массовому потребителю.
А началось всё в далеком 1882 году, когда внимание разработчиков первых бензиновых моторов привлёк тот факт, что на одном и том же двигателе, в одинаковых условиях бензины разного происхождения детонировали по-разному. Это наглядно показывало, что детонация зависит не только от двигателя, но и от свойств горючего. Так появилась новая характеристика топлива, получившая название детонационной стойкости (англ. knock resistance) и о которой мы уже рассказывали выше.
Впервые попытка её количественной оценки была предпринята в начале 1920-х годов английским инженером Гарри Рикардо из Royal Aircraft Establishment, известным конструктором автомобильных, танковых и авиационных двигателей. Им были созданы одноцилиндровые испытательные моторы с переменной степенью сжатия, для которых была разработана методика оценки детонационной стойкости по так называемой критической или наивысшей полезной степени сжатия, при которой начинается слышимая детонация. Метод этот в достаточной степени субъективен, однако принцип инициирования детонации с помощью увеличения степени сжатия оказался удачнее прочих (дросселирование, наддув, число оборотов, угол опережения зажигания, температурный режим и т. д.) и потому был использован в более поздних разработках.
В 1927 году с целью окончательного выбора пути количественной оценки склонности бензина к детонации в США был образован Кооперативный комитет по исследованию топлива (CFR), включивший представителей Американского института нефти, Ассоциации американских производителей, Национального бюро стандартов и Общества автомобильных инженеров. В том же году Джон Кэмпбелл из General Motors построил одноцилиндровый двигатель с переменной степенью сжатия, а Грэхем Эдгар из Ethyl Gasoline Corporation исследовал с его помощью образцы чистых углеводородов, включая нормальный гептан, выделенный им с помощью дистилляции смолы сосны Джеффри . В конечном итоге Эдгар пришел к выводу, что оптимальная пара в качестве эталонов - это упомянутые выше 2,2,4-триметилпентан и гептан - их детонационная стойкость радикально различалась, а температура кипения и летучесть были близки, что обеспечивало длительную сохранность готовых смесей.
Когда известный исследователь Томас А. Бойд из компании General Motors внёс в CFR предложение утвердить двигатель с переменной степенью сжатия в качестве основного средства для детонационных испытаний бензина, некоторые члены комитета высказали опасения, что такой двигатель будет слишком сложен для массового использования. Однако моторостроительная фирма Waukesha Engine Company из штата Висконсин (США) добровольно вызвалась построить прототип. Заказ комитета был выполнен за 45 дней. 14 января 1929 года на ежегодном собрании Общества автомобильных инженеров в Детройте первая установка Waukesha была с успехом продемонстрирована публике. Это убедило скептиков, и уже к ноябрю 1931 года была продана первая сотня испытательных двигателей, причём в числе заказчиков оказались такие лидеры мировой промышленности, как Standard Oil Co., Shell Petroleum, FIAT и др. Значительный вклад в совершенствование процедуры детонационных испытаний внёс и первооткрыватель антидетонационного эффекта тетраэтилсвинца Томас Миджлей. Он разработал электромеханический датчик детонации, реагирующий не на звук, а на скачки давления в камере сгорания, получивший в честь своего изобретателя название «игла Миджлея».
В 1940 году пятнадцать американских двигателей Вокеша было закуплено для нужд снабжения Красной Армии. А уже в 1949 году выпущен первый советский образец, дизайн которого полностью копировал заокеанский прототип.
Конечно, с тех пор кое-что изменилось - в блоках регулирования испытательных стендов появилась современная электронная начинка, иглу Миджлея сменили магнитострикционные датчики. Но, как и 90 лет назад, установки для определения октанового числа состоят из тех же составных частей: одноцилиндрового четырёхтактного двигателя с переменной степенью сжатия, тормозящего асинхронного электромотора, системы подготовки воздуха, трёх топливных бачков с карбюраторами без дроссельных заслонок, аппаратуры для измерения детонации и пульта управления. Не изменились и применяемые эталонные топлива - ими остаются изооктан и гептан. Эта не меняющаяся без малого век схема - уникальный пример стойкой приверженности традиции на фоне стремительного развития прочих отраслей техники.
И вот в этом царстве консерватизма, трудоёмкости и высоких цен появляется волшебный чемоданчик, измеряющий октановое число за десять секунд безо всякой громоздкой машинерии! Но что на самом деле он измеряет и стоит ли ему доверять?
Со стендовыми установками всё ясно - они обеспечивают стандартные условия испытания (степень сжатия, частоту оборотов, угол опережения зажигания, уровень топлива в карбюраторе, температуру смеси и проч.), измерение уровня детонации в камере сгорания и его сравнение с детонацией эталонов. Потому они и стоят дорого, и в обслуживании затратны, и требуют времени на одно испытание не менее 40 минут. А вот что измеряет чемоданчик, в котором нет ни мотора, ни датчика детонации? В подавляющем большинстве случаев «октанометр» представляет собой недорогой высокочастотный конденсатор наливного типа, измеряющий отнюдь не октановое число (измерить которое вообще невозможно, так как это условная величина), а импедансную электропроводность бензина, то есть, по сути, его диэлектрическую проницаемость. Какая связь между детонационной стойкостью и диэлектрической проницаемостью? Разумеется, о полноценной функциональной зависимости речь здесь не идёт. А вот некая корреляция с суммарным содержанием высокооктановых ароматических углеводородов наличествует, поскольку их диэлектрическая проницаемость резко выделяется на фоне прочих углеводородов бензина. Она-то, эта корреляция, и вводит в заблуждение - не берусь судить, добросовестное или злонамеренное - разработчиков подобного рода приборов. Как бы то ни было, но измеряют они одно, определяют другое, а результат выдают за третье. Автору в бытность свою начальником заводской лаборатории однажды пришлось разбираться с претензией потребителя, чей «октанометр» занизил результат аж на 20 пунктов, а всё потому, что бензин был более высокого экологического класса, с пониженным содержанием токсичных производных бензола и большей долей сравнительно безвредных, но также высокооктановых изомерных алканов.
Изредка попадаются экспресс-анализаторы более высокого уровня, определяющие октановое число по интегральному химическому составу, устанавливаемому, в свою очередь, по многополосному инфракрасному спектру пропускания бензина в интервале длин волн от 845 до 1045 нм. Данная техника воспроизводит результаты моторных испытаний гораздо лучше импедансных приборов, но и она оказывается бессильна, если заранее не откалибрована под конкретный технологический процесс, по которому бензин был выпущен. В этой-то детали и прячется дьявол. С учётом того, что продвинутая градуировочная модель инфракрасного анализатора имеет десятки степеней свободы, калибровать его можно годами, и для этого требуются всё те же моторные стенды и эталонные топлива. Плюс не следует забывать про неуглеводородные антидетонационные присадки (о них будет сказано ниже), гарантированно сбивающие с толку любой портативный анализатор. В результате спектральные инфракрасные приборы, хоть и получили путёвку в жизнь, но могут быть рекомендованы только для производственных лабораторий по контролю выпуска бензина и уж никак не для инспекций товарной продукции на АЗС. Да и стоит эта импортная техника десятки тысяч долларов. Дешевле, конечно, чем стендовые моторные установки, но тоже не всем по карману. Существуют и другие, с более приемлемым соотношением «цена - качество», методы экспресс-контроля октанового числа, но и им место также исключительно в заводских лабораториях.
Общий вывод по данному вопросу такой. Портативные приборы октановое число не измеряют хотя бы потому, что, в отличие от температуры, давления и прочих физических параметров, октановое число - объект не измерения, а определения, причём с весьма сложной процедурой. Дальнейшее зависит лишь от наличия функциональной связи между октановым числом и фактически измеряемыми параметрами, которая либо отсутствует (импедансные приборы), либо чересчур заковыриста (спектральные). Неспроста ни те, ни другие приборы никогда не признавались в качестве стандартных. Словом, если хотите действовать по закону, добро пожаловать в аккредитованную лабораторию с моторными стендами Waukesha CFR или УИТ-85 и приготовьте минимум 5000 руб. за одно испытание. А все чемоданчики - от лукавого.
Миф пятый: моторное октановое число определяют на двигателе, а исследовательское - безмоторным методом лабораторного анализа.
Да, водители со стажем, помнящие старую номенклатуру марок бензина (А-76, Аи-92), в курсе даже таких тонкостей, как разница между моторным и исследовательским октановыми числами. Но выводы делают неправильные.
Итак, сходу разрушим очередной миф - и моторное, и исследовательское октановые числа определяют на одних и тех же моторных испытательных стендах. Разница лишь в условиях проведения испытаний.
Как видно из таблицы, условия проведения испытаний по моторному методу более жёсткие; этот метод изначально имитировал езду по шоссе. Исследовательский метод в большей степени отражает особенности городской езды - на более низких оборотах, с частыми остановками. Как правило, исследовательское октановое число бензина выше моторного, причём эта разница тем больше, чем больше в нём ароматических углеводородов. По российской номенклатуре ныне указывают лишь исследовательское - оно больше и потому выглядит солиднее, но помните: моторное октановое число 95-го бензина может составлять всего лишь 85. В США на АЗС принято писать так называемое заправочное октановое число - среднеарифметическое моторного и исследовательского. Так что американский 88-й бензин по факту соответствует российскому 92-му, а 91-й - нашему 95-му. Что же касается нелогичных названий, то, как и в случае с самим октановым числом, все претензии к разработавшим их американцам.
Миф шестой: октановое число можно повысить только с помощью специальных присадок.
Этот миф родился в первой половине прошлого века, когда бензин получали преимущественно простой перегонкой (строго говоря, ректификацией, но для неспециалиста особой разницы между двумя этими процессами нет) с последующим добавлением «этиловой жидкости» на основе весьма эффективного (но, к сожалению, крайне ядовитого) металлоорганического антидетонатора - тетраэтилсвинца (ТЭС). Максимальное октановое число, которого удавалось достичь прямой перегонкой, составляло порядка 70-72, наиболее ходовой маркой неэтилированного бензина у нас был А-66, а все бензины с более высоким октановым числом (в особенности авиационные) были этилированные. Позже, с появлением и массовым распространением таких процессов облагораживания, как крекинг и риформинг, появилась возможность получать неэтилированные бензины с октановым числом вплоть до 87. Добавка ТЭС творила с ними поистине чудеса - читатель будет удивлён, но первый бензин с октановым числом 100 был получен в США ещё в 1937 году! Это позволило наладить производство мощных малогабаритных двигателей для самолётов с укороченным взлётом-пробегом и развернуть массовое строительство первых ударных авианосцев.
Годы шли, технологии совершенствовались, и в 1970-1980-х годах пришло осознание того, что санитарный и экологический ущерб, наносимый этилированным бензином, более не компенсируется его эффективностью. В настоящее время ТЭС запрещён практически во всех странах мира (в России разрешён к применению лишь в авиационных бензинах). В 2000-е годы под запрет попали и другие металлорганические антидетонаторы - такие, как циклопентадиенилтрикарбонилмарганец и ферроцен. В употреблении остались лишь так называемые беззольные антидетонаторы в виде простых эфиров и производных анилина. Но их употребляют преимущественно при необходимости «дотянуть» исследовательское октановое число конечного продукта каталитических процессов с 92 до 95-98. Использовать в качестве автомобильного бензина низкооктановую «прямогонку», нашпигованную присадками, сейчас никому не приходит в голову. Их потребуется столь много, что, подняв до нужного уровня один показатель, мы напрочь испортим все остальные.
Несколько слов об октан-бустерах, продающихся в автомагазинах. Моё отношение к ним скептическое - состав непонятен, эффективность сомнительная. Если мотор, что называется, «не тянет» - бустеры не помогут, проблема тут обычно лежит в другой плоскости. Если же при езде действительно проявляются признаки детонации - металлический стук «со звоном», дымный выхлоп, перегрев двигателя, - я бы рекомендовал возить с собой литровую бутылку нефтяного толуола или ксилола (продаются в хозяйственных магазинах в качестве растворителя, моторное октановое число 103), добавляя его в таких случаях в бензобак. Поскольку толуол и ксилол сами по себе являются топливом и в довольно значительных количествах содержатся в любом бензине, это наиболее надёжный и безопасный способ поднять его октановое число на пару-тройку пунктов, чего обычно бывает достаточно для устранения детонационных стуков. А вот экспериментировать с нафталином, как советуют некоторые «умельцы», не стоит. Октановое число у него действительно высокое (еще бы, сразу два бензольных кольца!), но склонность к нагарообразованию ещё выше. Твёрдые высококипящие вещества вообще не лучший вариант для использования в качестве компонентов моторных топлив.
И напоследок. Октановое число - величина, применяющаяся исключительно в отношении топлива для двигателей с искровым зажиганием. Технические условия на дизельное топливо и авиационный керосин такого показателя не содержат, там действуют совершенно иные характеристики воспламеняемости. Что хорошо для бензинового мотора, для дизеля категорически противопоказано. Как говорится - каждому своё.
Что такое октановое число и от него зависит? Таким вопросом задавался любой автомобилист, заправляя на заправке свою машину с мыслью о выборе заправочного шланга с какими то условными цифрами над ним.
Октановое число
— это фактически уровень детонации, при котором бензин воспламеняется и взрывается в камере сгорания вашего автомобиля. Если бензин загорится раньше чем нужно, в то время когда еще не закрыты полностью впускные клапана и цилиндр не находится в верхней точке то естественно двигатель, не только может не работать на полную мощность, а работать некорректно, и что еще хуже, фактически мы получим детонацию но об этом далее.
При таком низком октановом числе мы получим при длительной эксплуатации кучу проблем с частями двигателя — износ клапанов, седел под них, дополнительный нагар и т.д. Кроме того несоответствие октанового числа для двигателя влечет за собой ту же дополнительную детонацию, которую часто путают со стуком клапанов.
Октановое число получается путем смещения составляющих бензина . Изооктан — вещество, которое почти не взрывоопасно при повышении давления, и его детонационная стойкость была принята за 100 единиц. В то же время н-гептан абсолютно устойчив к детонации при повышении давления (можно сказать самодетонирующий) , поэтому его детонационная стойкость принята за 0 . Именно смесь данных веществ позволяет регулировать октановое число в бензине. Кроме того в бензин добавлен триметилпентан , от которого октановое число мало зависит. Бывают бензины и с октановым числом более 100 единиц, для них используют изооктан с добавлением различных объемов присадок.
Присадки для повышения октанового числа бензина
Для повышения большего октанового числа добавляют ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды (алканы) разветвленного строения. Именно с применением этих компонентов и повышается октановое число. Но как вы заметили применяемые вещества называется ароматическими (ароматические углеводороды) т.е. говоря языком обывателя, высокооктановый бензин сильнее пахнет чем низкооктановый. В этом есть и определенные минусы, поскольку высокооктановый бензин в последствии добавления ароматических составляющих, более летуч. Что при длительном хранении в открытой емкости или определенным сочетанием емкости с внешней средой влечет к понижению октанового числа бензина. Поэтому можно сказать, что высоко октановый бензин должен быть » свежим » .
Ранее в СССР для повышения октанового числа применялся тетраэтилсвинец — ядовитая смесь в составе со свинцом. К сожалению тетраэтилсвинец не только ядовит сам по себе, но и быстро выводит из строя каталитические нейтрализаторы и лямда -зонды, которые стали применяться в конструкции современных автомобилей, вследствии чего пришлось отказаться от этой присадки. Также применялись присадки на основе марганца, но сейчас они они также запрещены по экологическим соображениям. Кроме того, для повышения октанового числа иногда используют присадку — ферроцен . Эта присадка (ферроцен) имеет в своем составе железо и создает тяжело устраняемый токопроводящий налет на свечах (оттенки красного цвета) , который ухудшает эксплутационные характеристики и соответственно уменьшает срок службы свечей зажигания. Бензины включают и другие присадки и примеси. Присадки в бензине выполняют разные задачи. Уменьшают количество вредных примесей в бензине — сера, вода, чистят детали двигателя или топливную систему, повышают октановое число бензина (об этом было сказано выше) . Относительно безвредной для двигателя антидетонационной присадкой является метилтретбутиловый эфир. Сейчас он широко применяется в Украине, России и Европе.
Вполне реально получить бензин, с октановым числом более 110 (а это авиационные топлива). Кроме того, всем известная схема со смешиванием газового конденсата, ведь октановое число природного газа как правило выше 100 .
Сгорание бензина при различных октановых числах.
От октанового числа зависит скорость сгорания бензина, то есть фактически взрыв. При высоких октановых числах горение бензина происходит длительно, плавно.. При этом соответственно и газы в камере не дают на поршни нагрузок с явлением удара и излишней резонансной детонации. Двигатель работает более равномерно, плавно и четко. Поэтому в автомобильной промышленности и присутствует тенденция выпускать двигатели современных автомобилей работающих на высокооктановом бензине.
Определение октанового числа бензина
Примерно определить октановое число можно, специализированным прибором — Октанометры, он дает погрешность в октановых числах на 5-10 единиц. Поэтому, проще говоря, проверить качество бензина нет никакой возможности без лабараторных исследований.
В лабаратории октановое число определяют двумя способами:
— Моторный (MON)
— Исследовательский (RON) .
В США октановое число заменяется на так называемый октановый индекс,который составляет среднеарифметическое количество октановых чисел, полученных по моторному и исследовательскому методу для этого топлива. А вот в Японии для обозначения марок бензина используют только исследовательский метод. На наших АЗС также декларируется именно октановое число, полученное по исследовательскому методу.
Применение бензина с несоответствующим октановым числом для двигателя.
Применение бензина с низким октановым числом.
Если получилось так, что вы заправили машину низкооктановым топливом, то прислушайтесь к двигателю. Если двигатель работает стабильно, но плохо тянет, в этом нет ничего страшного, просто сожгите весь низкооктановый бензин и в дальнейшем заправьте бензин с нормативным октановым числом. При этом старайтесь избегать динамичной езды, для избежания детонации в двигателе.
Но если с двигателя слышны звонкие звуки, которые часто путают со стуком клапанов, то это означает, что смесь детонирует ранее чем закрываются клапана
. Фактически это взрывная волна распространяется по блоку двигателя и в выхлопную систему. В данном случае это может привести к прогоранию поршней и выпускных клапанов, факт негативного воздействия будет в наличии. » Естественную » детонацию можно иногда наблюдать в случаях чрезмерной нагрузки двигателя, при подъеме в горку, при движении на повышенной передаче. Длительная работа двигателя даже с «естественной» детонацией недопустима, так как это может привести к перегреву двигателя и,как следствие, повреждения прокладки головки блока цилиндров, прогорания поршней и клапанов.
Применение бензина с высокооктановым числом
Не нужно пытаться применять высокооктановый бензин для автомобилей чьи двигатели не рассчитаны на него. Минусы такого применения тоже очевидны, если изначально конструкция была разработана под низко октановые числа бензина и вы применили высоко октановый бензин, то это повлечет полную перенастройку впускных и выпускных газов а возможно и замену некоторых составляющих двигателя. Время горения бензина в этом случае дольше и фактически нужно будет настроить поршневую группу и воспаление таким образом что бы расширение объема цилиндр — поршень равнялось времени горения, при этом клапана были бы закрыты. Фактически на настроенном двигателе бензин сгорает с опозданием, при этом также будет происходить потеря мощности.
Любой, кому хотя бы раз доводилось заправлять топливный бак или запасную канистру бензином, знает, что он бывает разных сортов, от обычного неэтилированного до дорого бензина премиум -класса. Каждый «букет» имеет свой номер (80, 92, 95) , который соответствует его октановому числу, но что это значит? Что такое октановое число и какова его функция? Чтобы найти ответы на эти вопросы, мы обратились к экспертам в области топлива.
Не так давно мы опубликовали статью, повествующую . В ней мы затронули тему топливной системы автомобиля, и решили на ней не останавливаться, а пойти еще глубже, выяснив какие сорта топлива, заливаемого в наши баки, существуют, а также по каким признакам квалифицируются. Оказалось, что квалифицирующим признаком в привычном для нас топливе является октановое число. Что это такое и «с чем его едят», мы не знали, потому реши разобраться в этом вопросе более подробно. Чтобы понять функцию октана, который, по сути, является химической стойкостью бензина к самовоспламенению - чем выше число, тем меньше вероятность взрыва под большим давлением - для начала вы должны знать основы функционирования . Если вы уже знакомы с поршнями, клапанами и свечами зажигания, не стесняйтесь и смело пропускайте следующие три абзаца, если нет, пожалуйста, продолжайте чтение для быстрого ознакомления с двигателем внутреннего сгорания. Без этого, понять что такое октановое число не получиться.
Как работает двигатель автомобиля?
Двигатели, которые вы можете найти практически в каждом современном транспортном средстве, работают по принципу, известному как четырехтактный цикл. В каждом двигателе есть поршни, которые перемещаются вверх и вниз внутри цилиндра. Поршни прикреплены к шатунам, которые вращаются на коленчатом валу. Сила, приложенная к этим частям при помощи трансмиссии, является тем, что в конечном итоге заставляет двигаться колеса вашего автомобиля, чтобы доставить вас вовремя на работу.
Что же это за четыре такта в этом важнейшем процессе? Если говорить о них в порядке их возникновения, то речь идет о такте впуска, сжатия, рабочем такте и такте выпуска.
Цикл начинается, когда поршень начинает движение вниз по цилиндру. Этот процесс называется тактом впуска. Как только он опускается, точно контролируемая смесь воздуха и паров топлива всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан. Далее впускной клапан закрывается и поршень начинает свое движение вверх, такт сжатия, когда происходит сжатие воздушно-топливной смеси. Как только поршень достигает вершины своего путешествия, свеча зажигания выдает искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь путем мощного взрыва. В этот момент происходит рабочий такт двигателя. Сила, образованная в результате взрыва, опять толкает поршень вниз и обеспечивает движущую силу, которая заставляет двигатель работать, а автомобиль двигаться. Как только поршень достигает дна, ему самое время опять подниматься. В игру вступает такт выпуска, во время которого все горячие, оставшиеся газы после процесса сгорания выталкиваются через уже открытые выпускные клапаны. Как только поршень опять достигает своей верхней точки, открываются впускные клапаны и весь процесс начинается сначала. Представьте себе, с какой скоростью все это происходит, когда вы мчитесь по шоссе!
Надеемся, что мы все доходчиво объяснили; если же вы любите докопаться до сути (как Пастернак), тогда рекомендуем ознакомиться с нашим более подробным материалом на эту тему, под названием « ». Теперь мы добрались до главного, к тому, из-за чего затевалось написание данной статьи - узнать какую роль октановое число играет для двигателя автомобиля или попросту говоря, что такое октановое число?
Итак, что же это за понятие - октановое число?
Стивен Расс, технический руководитель отдела разработки двигателей в компании Ford Motor, является топливным экспертом. По его словам, «октановое число это просто мера химической стойкости бензина к автоматическому зажиганию». Он также сказал, что «бензин с более высоким октановым числом является более устойчивым к самовозгоранию».
Так что же, по сути, делает это октановое число? Помните, чуть выше мы объясняли, как во время такта сжатия поршень сжимает воздушно-топливную смесь? Если эта смесь окажется под слишком высоким давлением она может спонтанно воспламениться, что является серьезной проблемой, если смесь загорается до того, как свеча зажигания дает искру.
Самовоспламенение, более известное как «детонация» (детонационное сгорание топливной смеси), может привести к отчетливо слышимому шуму. Этот потенциально разрушительный грохот звучит как звон монет, которые вы забрасываете в пустую копилку.
По словам Билла Стадзински, топливного специалиста из General Motors, самовоспламенение может привести к «волнам высокого давления, которые сталкиваются друг с другом, и именно это вызывает стук и звон, который вы слышите».
Помимо шума, детонация может нанести ущерб внутренним компонентам двигателя. Представьте себе, самовоспламенение может расплавить отверстия в поршнях и даже согнуть шатуны, что приведет к неминуемой поломке двигателя. К счастью Расс заверил нас, что «такое в наше время случается редко» благодаря передовым компьютерным блокам управления двигателем.
«В наших автомобилях установлены детонационные датчики», уверил нас Стадзински. Это небольшие электронные преобразователи, прикрепленные к блоку двигателя, которые прислушиваются к конкретным звуковым частотам, характерным для детонации. Если датчики обнаруживают такие частоты, модуль управления трансмиссией выполняет ряд действий, чтобы опять вернуть контроль над сгоранием воздушно-топливной смеси. Блок может понизить уровень наддува в двигателях с наддувом и турбонаддувом, потянуть время возникновения искры в свечах зажигания или обогатить воздушно-топливную смесь, чтобы предотвратить внутренние повреждения двигателя.
Высокая степень сжатия позволяет двигателю создавать больше мощности при сжигании меньшего количества топлива. Степень сжатия, по сути, это показатель того, как плотно сжата воздушно-топливная смесь внутри цилиндра. Степень сжатия большинства современных двигателей составляет приблизительно 10 к 1, но она может быть и выше, например 12 к 1 и больше, если речь идет о двигателе с прямым впрыском топлива. А в двигателях с наддувом степень сжатия может быть наоборот немного ниже.
Автопроизводители постоянно должны помнить о тонкой грани, которая не приведет к самовоспламенению. Именно здесь в уравнение вписывается октановое число. Двигатели с более высокой степенью сжатия, - которые обычно встречаются в высокопроизводительных спортивных автомобилях - практически всегда нуждаются в топливе с более высоким октановым числом, которое снижает вероятность самовоспламенения. По словам Расса, бензин с более высоким октановым числом «никаким образом не влияет на эффективность расхода топлива» .
Напомним, что более высокое давление внутри цилиндра требует топлива с более высоким октановым числом, чтобы предотвратить повреждения двигателя, которые могут быть вызваны самовоспламенением, что в свою очередь приведет к . Но никто не застрахован от ошибок. Что же будет, если вы залили в свой автомобиль неправильный сорт топлива?
«Если вы обладатель автомобиля, который требует топлива премиум класса, а вы в него влили бензин с октановым числом 87 и начинаете отчетливо слышать удары во время движения, то вам нужно будет обращаться с автомобилем как с ребенком до тех пор, пока вы не доберетесь до ближайшей заправочной станции», сказал Стадзински, при этом добавив, что «даже если вы не слышите отчетливого стука, реакция в автомобиле все же идет». Происходит снижение производительности, увеличивается расход топлива, большое количество тепла отправляется в выхлопной катализатор, что снижает его прочность. Если же вы прочли эти строчки и махнули рукой, решив и дальше «кормить своего железного коня» бензином с октановым числом, меньшим, чем вам рекомендовал автопроизводитель, ремонта автомобиля не избежать.
Итак, как же высчитывается октановое число?
По словам Садзински, существуют два основных отдельных теста, чтобы определить те числа, которые вы видите на заправках. Возможно вы уже замечали эту формулу (R+M)/2. Как правило, ее пишут на заправочных станциях. «R» означает «research octane number» или «октановое число бензина по исследовательскому методу», а «М» означает «motor octane number» или «октановое число бензина по моторному методу». Каждый из этих методов является одним из тестов, которые мы упомянули выше. Среднее значение разработано для того, чтобы предоставить каждому водителю приемлемый рейтинг сортов бензина. Потребности в топливе минивэна, который еще буксирует за собой прицеп через горный перевал в пустыне, сильно отличаются от потребностей небольшого легкового автомобиля, который преимущественно ездит на уровне моря.
По словам Садзински, научно-октановый тест отдает предпочтение большим, более старым транспортным средствам - автомобили и небольшие грузовики с двигателями большого объема и без наддува. Для таких двигателей характерна более высокая температура в цилиндре, чем для двигателей, октановое число для которых рассчитывается по моторному методу. Такой тест больше ориентирован на небольшие, эффективные двигатели с турбонаддувом.
Но так как наш эксперт американец, то и рассказал он нам об «американском» октановом числе, для расчета которого используется среднее значение двух методов. Но Садзински обратил наше внимание на то, что «в мире нет одного согласованного стандарта расчета октанового числа, поэтому остальной мир, Россия в том числе, использует только октановое число бензина по исследовательскому методу».
Если вы когда-либо были в Европе, то возможно, замечали надпись «95 RON» на их заправочных станциях. RON, конечно, означает «research octane number».
По словам Садзински, интересен тот факт, что в Европе самым распространенным является бензин с октановым числом 95, что в пересчете на американскую систему дает 90. А это значит, что европейские транспортные средства должны быть откалиброваны, чтобы ездить на самом распространенном американском бензине с октановым числом 87, и наоборот.
В нашей стране не так много обладателей автомобилей американских производителей, и им не следует беспокоиться по поводу калибровки двигателя. Но если вы задаетесь вопросом, какой же бензин лучше всего подходит для вашего автомобиля, то лучше всего следовать тем рекомендациям, которые производитель отобразил в руководстве по пользованию автомобилем. Рекомендуемый сорт бензина поможет вашему железному коню показать самую лучшую производительность.
Надеемся, мы смогли ответить на ваш вопрос, что же такое октановое число, и для чего нужен этот показатель в топливе. Если у вас остались еще какие-то вопросы на эту тему, можете смело оставлять их в комментариях под этой статьей, на все мы постараемся ответить.
Большинство даже новоиспечённых водителей регулярно слышат об октановых числах бензина, однако далеко не все знают о том, для чего они нужны и о чём свидетельствуют. Для того чтобы правильно тот или иной заправочный шланг, на котором указаны какие-то не всем понятные условные цифры, необходимо разобраться с предназначением октанового числа и тем, на что оно влияет.
Октановое число бензина служит прямым свидетельством определённой черты детонации, достигая которой топливо начинает гореть и взрывается, всё это происходит в камере сгорания каждой машины. Дело в том, что слишком раннее и быстрое горение топлива, начавшееся до закрытия впускных клапанов, не позволяет топливу достичь своей последней отметки, ввиду этого обстоятельства силовой агрегат вынужден функционировать вполсилы, отсутствие полной отдачи и некорректная работоспособность напрямую влияют на некачественную работу всего транспортного средства.
Слишком низкое октановое число со временем потребует от водителя огромных денежных вложений, вероятнее всего, длительное использование вещества негативно скажется практически на всех частях мотора. В первую очередь пострадают клапана, подверженные раннему износу, затем сёдла. В конце концов всё устройство покроется дополнительным нагаром. Ещё один «сюрприз», на который способно низкооктановое топливо, не соответствующее определённому мотору, - дополнительная детонация, именно её путают со стуком, возникающим в клапанах.
Точнее, их смешение, определяют октановое число. Смесь таких веществ, как изооктан и н-гептан, способна регулировать октановое число. Например, изооктан является абсолютно невзрывоопасным веществом, даже при значительном повышении давления он имеет определённую детонационную стойкость, равную 100 единицам. Что касается н-гептана, то такого рода средство, наоборот, устойчиво к детонации (является самодетонирующим), оно обладает детонационной стойкостью, равной 0. Кроме предыдущих веществ, в составе бензина присутствует триметилпентан, только октановое число ему практически не подвластно. Потребитель может приобрести бензин, октановое число которого больше 100 единиц, в такого рода веществе присутствует изооктан, в который добавляется масса различных присадок.
Самые распространённые присадки, повышающие октановое число
В последнее время химики постоянно работают над созданием различного рода присадок, способных максимизировать октановое число бензина. Повышение достигается посредством добавления в основной состав бензина различных ароматических и парафиновых углеводородов, все такие вещества являются алканами с разветвлённым строением. После добавления таких компонентов, естественно, октановое число возрастает на несколько ступеней, однако приобретённый запах в несколько раз неприятнее низкооктанового бензина. Ещё один минус бензина, оснащённого присадками, - это его летучесть. Когда в открытой канистре или ёмкость воздействует с окружающей средой, октановое число бензина понижается, ввиду чего такого рода бензин лучше использовать пока он «свежий».
Во времена СССР, чтобы значительно повысить октановое число, в топливо добавляли тетраэтилсвинец, такое вещество являлось ядовитой смесью, одной из составляющих которой был свинец. Несмотря на прекрасную эффективность, которую тетраэтилсвинец показал на практике, его ядовитые свойства вкупе с быстрым уничтожением каталитических нейтрализаторов и лямбда-зондов, повсеместно встречаемых практически во всех современных машинах, с течением времени заставили учёных отказаться от его активного использования. Эту присадку впоследствии заменили средства, основанные на марганце, правда, сейчас они тоже находятся под запретом ввиду различных экологических соображений.
Довольно распространено среди «продвинутых» автолюбителей такое вещество, как ферроцен. Такого рода современная присадка содержит большое количество железа, из-за которого после длительного использования на свечах появляется трудно выводимый налёт, обладающий отличной токопроводностью, заметить его можно по яркому оттенку красноватого цвета. Этот налёт негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках автомобиля, одновременно уменьшая работоспособность и срок службы свечей.
В которых повышение октанового числа достигается добавлением других присадок. Используемые примеси способны выполнять широкий спектр различных задач, наряду с уменьшением разного рода вредных примесей из топлива (серы и воды) они способны очистить детали силового агрегата и всей топливной системы. Наиболее безвредной на сегодняшний день для составляющих мотора является антидетонационная примесь, которая называется метилтретбутиловый эфир. С недавнего времени именно эта присадка широко распространена не только в России, но и на Украине, и в Европе. Посредством качественной примеси автовладелец может получить качественное топливо, такой бензин будет обладать октановым числом со 110 единицами. Стоит отметить, что это разновидность авиационного топлива. В бензин добавляется газовый конденсат, его октановое число всегда превышает отметку в 100 единиц.
Сгорание бензина с разными уровнями октанового числа
Итак, немного выше было рассмотрено, что величина октанового числа напрямую влияет на скорость горения топлива, вернее, на его взрыв. Высокое октановое число бензина позволяет топливу сгорать более длительно. В связи с этим газ, появляющийся в камере сгорания, не позволяет передавать поршням огромных нагрузок, которые обычно «идут» с ударами и чрезмерной резонансной детонацией. Используя качественный бензин с высоким показателем октанового числа, автовладелец обеспечивает равномерную и плавную работу своего мотора. Направление современной автопромышленности таково, что модели силовых агрегатов, которые работают только на бензине, обладающем высоким октановым числом.
Определение октанового числа
Чтобы правильно произвести определение октанового числа топлива, необходимо наличие небольшого прибора, который называется октанометром, посредством такого нехитрого агрегата можно высчитать примерное октановое число топлива с погрешностью всего 5–10 единиц. Однако лучше всего проверять качество бензина с помощью специализированных лабораторных исследований.
Имея возможность узнать октановое число в лабораторных условиях, следует прибегнуть к одному из двух возможных способов:
- MON, т. е. моторный;
- RON, т. е. исследовательский.
Учёные США, например, чтобы определить октановое число, вернее, его индекс, составляют среднеарифметическое количество всех ранее полученных моторным и исследовательским методом октановых чисел одного и того же бензина. Японцы пользуются исключительно исследовательским методом, посредством которого они обозначают марки топлива. В России на всех АЗС также указываются октановые числа, полученные только посредством исследовательского метода.
Чем чревато применение низкооктанового бензина для силового агрегата
Не всегда у автовладельца есть возможность и средства покупать исключительно качественное топливо. Если произошло так, что пришлось заправить своего «стального коня» топливом с несоответствующим октановым числом, придётся периодически прислушиваться к работе силового агрегата. Стабильная работа мотора, который несколько хуже начинает тянуть, требует от владельца простого постепенного израсходования всего низкооктанового бензина и дальнейшей заправки машины топливом с нормативным октановым числом. Следует постараться избежать динамичной езды, которая вызывает в моторе детонацию.
Если силовой агрегат отзывается непривычными звонкими звуками (не следует их путать со стуком клапанов), по всей видимости, топливная смесь детонирует до того, как полностью закрываются все клапана. Дело в том, что происходящая в камере сжигания взрывная волна дополнительно «накрывает» блок силового агрегата и выхлопную систему. Такого рода звуки могут свидетельствовать о скором прогорании всех поршней и выпускных клапанов. Виной всему станет использование низкооктанового бензина.
Произвольная детонация может возникнуть даже тогда, когда автовладелец использует качественное топливо, происходит это в тех случаях, когда силовой агрегат подвергается чрезмерным нагрузкам, при резких подъёмах в гору или движении на высоких передачах. Следует помнить, что даже такая «естественная» детонация вредна для мотора, недопустимо подвергать его длительным перегрузкам, иначе неизбежен перегрев силового агрегата, результатом которого станет незамедлительное повреждение прокладки головки блока цилиндров или значительное прогорание поршней и клапанов.
Заключение
Несмотря на массу преимуществ, которые позволяет получить качественный высокооктановый бензин, далеко не во все автомобили его можно заправлять. Некоторые силовые агрегаты попросту не рассчитаны на использование такого рода топлива. Дело в том, что конструкция авто, изначально созданная для использования низкооктановых чисел топлива, абсолютно не подходит для применения высокооктанового бензина, применение которого способно повлечь за собой полнейшую перенастройку как всех впускных, так и выпускных газов. Наряду с этим понадобится даже замена составляющих мотора. Из-за более длительного времени горения топлива придётся перестраивать поршневую группу, расширение объёма цилиндра - поршня должно по времени совпадать со временем горения бензина, причём происходить всё должно при полном закрытии клапанов. Вместо выгоды автолюбитель получит значительную потерю мощности, следовательно придётся понизить октановое число бензина.
Октановое число
Указание октановых чисел на американской АЗС.
Окта́новое число́ - показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания . Число равно содержанию (в процентах по объёму) изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с н -гептаном , при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний.
Изооктан трудно окисляется даже при высоких степенях сжатия , и его детонационная стойкость условно принята за 100 единиц. Сгорание в двигателе н -гептана даже при невысоких степенях сжатия сопровождается детонацией , поэтому его детонационная стойкость принята за 0. Для бензинов с октановым числом выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца .
Характерный металлический звон при детонации создаётся детонационной волной, многократно отражающейся от стенок цилиндра. При детонации снижается мощность двигателя и ускоряется его износ.
Испытание топлива
Испытания на детонационную стойкость проводят или на полноразмерном автомобильном двигателе, или на специальных установках с одноцилиндровым двигателем. На полноразмерных двигателях при стендовых испытаниях определяют т. н. фактическое октановое число (ФОЧ), а в дорожных условиях - дорожное октановое число (ДОЧ). На специальных установках с одноцилиндровым двигателем определение октанового числа принято проводить в двух режимах: более жёсткий (моторный метод) и менее жёсткий (исследовательский метод). Октановое число топлива, установленное исследовательским методом, как правило, несколько выше, чем октановое число, установленное моторным методом. Точность определения октанового числа, более правильно именуемая воспроизводимостью , составляет единицу. Это означает, что бензин с октановым числом 93 может показать на другой установке при соблюдении всех требований метода определения октанового числа (ASTM D2699, ASTM D2700, EN 25163, ISO 5163, ISO 5164, ГОСТ 511 , ГОСТ 8226) совсем другую величину, например 92. Существенным является то, что обе величины, 93 и 92, являются и точными, и правильными и при этом относятся к одному и тому же образцу топлива.
Виды октановых чисел: ОЧИ и ОЧМ
Исследовательское октановое число (ОЧИ) определяется на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия , называемой УИТ-65 или УИТ-85, при частоте вращения коленчатого вала 600 об/мин, температуре всасываемого воздуха 52°С и угле опережения зажигания 13 град. Оно показывает, как ведёт себя бензин в режимах малых и средних нагрузок.
Моторное октановое число (ОЧМ) определяется так же на одноцилиндровой установке, при частоте вращения коленчатого вала 900 об/мин, температуре всасываемой смеси 149°С и переменном угле опережения зажигания. ОЧМ имеет более низкие значения, чем ОЧИ. ОЧМ характеризует поведение бензина на режимах больших нагрузок. Оказывает влияние на высокую скорость и детонацию при частичном дроссельном ускорении и работе двигателя под нагрузкой, движении в гору и т. д.
По крайней мере в 1950-х годах использовалось также октановое число по температурному методу .
Значения октанового числа углеводородов и различных видов топлива
| Вещество | ОЧМ | ОЧИ |
|---|---|---|
| Метан | 110,0 | 107,5 |
| Пропан | 100,0 | 105,7 |
| н -бутан | 91,0 | 93,6 |
| Изобутан | 99,0 | 101,1 |
| н -пентан | 61,7 | 61,7 |
| Изопентан (2-метилбутан) | 90,3 | 92,3 |
| Изогексан (2,2-диметилбутан) | 93,4 | 91,8 |
| 2,2,3-Триметилбутан | 101,0 | 105,0 |
| н -Гептан | 0 | 0 |
| Изооктан (2,2,4-триметилпентан) | 100 | 100 |
| 1-Пентен | 77,1 | 90,9 |
| 2-Метил-1-бутен | 81,9 | 101,3 |
| 2-Метил-2-бутен | 84,7 | 97,3 |
| Метилциклопентан | 80,0 | 91,3 |
| Циклогексан | 77,2 | 83,0 |
| Бензол | 111,6 | 113,0 |
| Толуол | 102,1 | 115,7 |
| Бензины прямой перегонки | 41-56 | 43-58 |
| Бензины термического крекинга | 65-70 | 70-75 |
| Бензины каталитического крекинга | 75-81 | 80-85 |
| Бензины каталитического риформинга | 77-86 | 83-97 |
| Бензин Н-80((ОЧИ+ОЧМ)/2)) | 76 | 84 |
| Бензин АИ-92 | 83,5 | 92 |
| Полимербензин | 85 | 100 |
| Алкилат | 90 | 92 |
| Алкилбензол | 100 | 107 |
| Этанол | 100 | 105 |
| Метил-трет -бутиловый эфир | - | 117 |
Разность между ОЧИ и ОЧМ характеризует чувствительность топлива к режиму работы двигателя.
Распределение октанового числа
Поскольку при эксплуатации полноразмерного двигателя при переменных режимах происходит фракционирование бензина, необходимо раздельно оценивать детонационную стойкость его различных фракций. Октановое число бензина, с учётом его фракционирования в двигателе, получило название «распределение октанового числа» (ОЧР). В связи со сложностью определения октанового числа на двигателях, разработаны методы косвенной оценки детонационной стойкости по физико-химическим показателям и характеристикам низкотемпературной реакции газофазного окисления, имитирующего предпламенные процессы.
Углеводороды , которые содержатся в топливах, значительно различаются по детонационной стойкости: наибольшее октановое число имеют ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды (алканы) разветвлённого строения, наименьшее октановое число имеют парафиновые углеводороды нормального строения. Топлива нефтяного происхождения, полученные каталитическим риформингом и крекингом , имеют более высокие октановые числа, чем полученные при прямой перегонке.
Для повышения октанового числа топлив используются высокооктановые компоненты и антидетонационные присадки . Многие из них (например, МТБЭ) испаряются легче, чем бензин, что приводит к интересному эффекту у машин с негерметичным бензобаком - по мере расходования топлива и испарения присадки октановое число бензина, оставшегося в баке, уменьшается на несколько единиц. Это приводит к лёгкому звону при полной мощности мотора (если он не оборудован датчиком детонации). Подавляющее большинство современных инжекторных двигателей имеют датчики детонации, позволяющие использовать любой бензин с октановым числом 91-98, для двигателей с высокой степенью сжатия может быть необходимо использовать бензин с октановым числом не ниже 95 или даже 98.
