На большинстве современных заправочных станций продается бензин 3 разновидностей, обозначаемый А-92, А-95 и А-98. Маркировка, подходящая конкретному автомобилю, прописана в инструкции по эксплуатации. Многие автолюбители знают, что цифры в названии указывают на октановое число бензина, но не понимают значения и важности данного параметра. Причем ради экономии некоторые водители заправляют горючее более низкой марки, нежели требует производитель авто. Цель публикации – разъяснить, что означает цифровая характеристика топлива.
Общее понятие
Горючая смесь топлива с воздухом перед воспламенением сжимается в цилиндре. Причем степень сжатия зависит от конструкции двигателя и находится в пределах 7–10. Важный момент: бензин должен воспламениться в определенный момент, когда на электроды свечи зажигания подается искровой разряд.
Справка. Стоит прояснить, что означает степень сжатия двигателя. Это цифра, показывающая, во сколько раз сжимается горючая смесь перед воспламенением. Вычисляется просто: общий литраж цилиндра делится на объем камеры сгорания. В старых моторах данный показатель равен 7, в более современных двигателях достигает 9–10.
Если топливовоздушная смесь вспыхнет раньше времени в процессе сдавливания поршнем (как в дизеле), произойдет следующее:
- Самовоспламенение бензина вызывает микровзрыв – горение со слишком высокой скоростью.
- Энергия вспышки распространяется в двух направлениях – в сторону поршня и камеры сгорания.
- Поскольку все клапаны закрыты, удар отражается от стенок и обрушивается на поршень, продолжающий двигаться вверх. Раздается громкий металлический стук поршневого пальца.
Октановое число бензина характеризует его детонационную стойкость и определяется как процентное соотношение смеси двух углеводородов, входящих в состав топлива:
- изооктан, практически неспособный к самовозгоранию при высоком давлении;
- н-гептан, наоборот, вспыхивает при небольшом сжатии.
Детонационная характеристика изооктана принимается равной 100 единицам, н-гептана – нулю. Чем больше доля первого вещества, тем выше стойкость горючего к самостоятельному воспламенению в процессе сдавливания.
Максимальное октановое число 98 единиц в маркировке бензина означает наибольшую детонационную стойкость. Такое горючее предназначено для моторов с наивысшей степенью сжатия – 10. Соответственно, топливо марки 95 подходит двигателям, сжимающим смесь в 9 раз (таковых подавляющее большинство). Устаревающие версии силовых агрегатов со степенью сжатия 8 используют бензин А-92.
Буква «и» в буквенной части маркировки бензина Аи-95 означает, что октановое число измерялось исследовательским методом.
Заправка топливом с пониженным октановым числом
В погоне за экономией денежных средств владельцы машин со средней степенью сжатия 9 нередко заливают в бак более дешевый бензин А-92. Чем чревата постоянная эксплуатация автомобиля на топливе с пониженной детонационной стойкостью:
- При увеличении нагрузки на мотор горючее в цилиндрах неизбежно самовоспламеняется. Характерные признаки: после нажатия педали акселератора слышится звонкий металлический перестук поршневых пальцев, мощность мотора падает.
- Детонация изнашивает цилиндропоршневую группу очень быстро. От частых микровзрывов и ударов возникает сильная вибрация, деформируются компрессионные кольца и тарелки клапанов.
- Если длительное время использовать низкооктановое горючее, детали поршневой группы покрываются слоем нагара, часто выходят из строя свечи зажигания.
На большинстве современных авто, где подачей топлива ведает электроника, установлены датчики детонации. Получая от такого измерителя сигнал о критической вибрации, контроллер пытается улучшить условия горения – уменьшает угол опережения зажигания и меняет соотношение воздуха и бензина в смеси. Подобные меры продлевают ресурс двигателя, но не позволяют полностью избавиться от детонации, ведь степень сжатия уменьшить на ходу невозможно.
Примечание. В прежние времена мастеровитые водители уменьшали степень сжатия мотора под низкое октановое число бензина. Суть переделки: под головку блока цилиндров ставится дополнительная прокладка (или две), объем камеры сгорания увеличивается, степень сжатия снижается.
Если в силу различных причин вам довелось заправиться топливом с невысоким октановым числом, старайтесь не нагружать силовой агрегат – избегайте резких нажатий педали газа. Как только услышите металлический стук пальцев, сразу отпускайте акселератор. Обязательно долейте высокооктановый бензин на ближайшей заправочной станции.
Применение высокооктанового бензина
В краткосрочной перспективе заливка бензина с повышенной стойкостью к детонации не приносит вреда автомобильному двигателю, рассчитанному на низкооктановое горючее. Но существует ряд причин, по которым заправляться высокооктановым топливом не рекомендуется:
- Экономическая целесообразность. Бензины серии Аи-98 стоят заметно дороже А-95 и А-92.
- Температура в камерах сгорания повышается, двигатель постоянно греется.
- На практике наблюдались случаи подгорания клапанов и поршней.
Использование бензина Аи-98 на моторе со степенью сжатия 8–9 единиц становится оправданным после случайной заливки низкокачественного топлива. Если вы посетили сомнительную заправку и услышали звон в цилиндрах, разбавьте подозрительное горючее высокооктановым бензином. Размер «спасительной» порции – не менее 50% от заправленного количества.
На территории стран постсоветского пространства остается большое количество техники, рассчитанной под бензины марок А76 и А80, которые сняли с производства. Подобные моторы плохо переносят новое горючее с октановым числом 92–95. Проблема решается так: оставьте канистру с «девяносто вторым» в открытом состоянии на 1–2 дня. Альтернативный вариант – добавление небольшой порции очищенного керосина.
Использование присадок – антидетонаторов
Чтобы повысить октановое число бензина и стойкость к детонационным процессам, производители в разные времена использовали такие вещества:
- метиловые и бутиловые эфиры;
- соединения этила либо метила со свинцом, например, тетраметилсвинец;
- углеводородные присадки на основе марганца;
- антидетонаторы на основе железа;
- ароматические амины (анилины).
Добавление перечисленных присадок ограничено с целью сбережения окружающей среды либо по технологическим требованиям. Каждое из соединений имеет свои преимущества и недостатки:
- Спирты и эфиры неплохо повышают детонационную стойкость горючего, но агрессивны к резинотехническим изделиям и выделяют малое количество энергии при сжигании. Максимально допустимая доля в составе бензина – 15%.
- Свинцовые соединения эффективны и дешевы, при этом отличаются токсичностью и склонностью к образованию нагара внутри рабочих камер и выхлопной системы автомобиля.
- Вещества, содержащие марганец и железо, вызывают ускоренный износ элементов цилиндропоршневой группы. В плане стойкости к детонации химикаты малоэффективны и потому не используются в настоящий момент.
- Анилины дают средний результат, но в процессе эксплуатации покрывают смолянистым налетом стенки камеры сгорания и внутренние поверхности системы питания двигателя.
Наиболее популярные присадки в среде автолюбителей – тетраметилсвинец и тетраэтилсвинец. Количество добавляемой жидкости составляет 0,5–0,8 грамма на 1 кг топлива. Помимо указанных недостатков, свинцовые соединения имеют существенный минус – они приводят в негодность каталитические нейтрализаторы в максимально короткие сроки. Стоимость покупки и замены этой дорогостоящей детали явно превышает сэкономленную на низкооктановом бензине сумму.
Отсюда вывод: лучший способ экономии средств – заправка топливом с рекомендуемым октановым числом, которое не сожжет катализатор и не образует нагар в моторе. Горючее, продающееся на проверенных заправочных станциях, уже содержит все необходимые присадки – антидетонаторы.
ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО –мера детонационной стойкости бензина и моторных масел.
Во всем мире производится и потребляется огромное количество бензина – как автомобильное топливо. Чтобы бензин сгорал в цилиндрах автомобиля «правильно», он должен обладать рядом свойств. Одно из важнейших – октановое число. Именно оно написано на всех бензозаправках, и от него зависит качество и цена бензина. Когда из выхлопной трубы валит черный дым, а двигатель издает резкие звуки, это означает, что бензин в цилиндрах вместо сгорания с положенной ему скоростью 15–60 м/с начинает взрываться – детонировать со скоростью 2000–2500 м/с (см . ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА). Детонационная волна многократно отражается от стенок цилиндра, создавая неприятный звук, резко снижая мощность двигателя и ускоряя его износ.
Причина детонации – выделение энергии при повышенном образовании гидропероксидов ROOH в парах бензина при их окислении кислородом воздуха (см . ПЕРОКСИДЫ). Если концентрация гидропероксидов превысит некоторый предел, произойдет их взрывной распад. Взрыв пероксидов протекает по механизму разветвленно-цепных реакций (см . ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ). Для повышения детонационной стойкости есть два пути. Первый – повысить в составе бензина долю разветвленных и ароматических соединений. Второй – ввести в топливо небольшие количества специальных добавок. Обычно используют оба пути.
Чтобы определить антидетонационные свойства полученной смеси, в 1930-х была предложена специальная шкала, в соответствии с которой стойкость данного бензина к детонации сравнивается со стойкостью стандартных смесей. В качестве стандартов были выбраны два вещества: гептан нормального строения и один из изомеров октана – 2,2,4,-триметилпентан (его называют «изооктаном»). Смесь паров гептана с воздухом при сильном сжатии легко детонирует, поэтому качество гептана как топлива считается нулевым. Изооктан, будучи разветвленным углеводородом, устойчив к детонации, и его качество принимают равным 100. Октановое число определяют так. Готовят смесь из нормального гептана и изооктана, которая по своим характеристикам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание изооктана в этой смеси и есть октановое число бензина. Существуют горючие жидкости с более высокими антидетонационными характеристиками, чем изооктан. Добавки таких жидкостей позволяют получить бензин с октановым числом более 100. Для оценки октанового числа выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца Pb(C 2 H 5) 4 . Известно, что это вещество уже в очень малых концентрациях значительно повышает октановое число бензина. Зная, сколько тетраэтилсвинца надо добавить в бензин, чтобы повысить его октановое число на одну единицу, несложно приготовить из изооктана стандартные смеси с октановым числом 101, 102 и т.д.
Октановое число определяют разными способами. Для автомобильных бензинов применяют два метода – моторный и исследовательский. В первом случае моделируют работу двигателя в условиях больших нагрузок (движение по шоссе с высокой скоростью), во втором – в городских условиях (скорость движения невелика и происходят частые остановки). Буква «И» в марке бензина АИ-93 как раз и означает, что октановое число этого бензина получено исследовательским методом. А если указано, что октановое число бензина равно просто 76, то это означает, что оно получено моторным методом.
Роль строения углеводорода наглядно видна из таблицы, в которой приведены октановые числа некоторых чистых химических соединений, полученные моторным методом:
Видно, что повышению октанового числа способствуют разветвление цепи, введение двойной связи и появление ароматического кольца. Например, если в результате изомеризации нормального гексана (процесс идет в присутствии катализатора) получить смесь разветвленных изомеров этого углеводорода:
н -C 6 H 14 ® (CH 3) 2 CHCH(CH 3) 2 + (CH 3) 2 CHCH 2 CH 2 CH 3 + CH 3 CH(C 2 H 5) 2 , то октановое октановое число смеси повысится сразу на 20 единиц.
Бензин, получаемый из нефти простой перегонкой (такой бензин называется прямогонным), имеет низкое октановое число – в пределах 41–56, поэтому сейчас такой бензин не используется. Для повышения октанового числа используют более современные методы переработки нефти (термический и каталитический крекинг, риформинг). Термический крекинг (от английского cracking – расщепление) производят нагреванием нефти до 450–550 о С под давлением в несколько атмосфер. При этом молекулы тяжелых углеводородов, которых много в сырой нефти, расщепляются до более коротких, среди которых много непредельных. Первую в мире установку по крекингу жидкой нефти запатентовали российские инженеры В.Г.Шухов и С.Гаврилов (модель этой установки, сделанная по подлинному чертежу патента, полученного Шуховым в 1891, находится в Политехническом музее в Москве). У бензина термического крекинга октановое число повышается до 65–70. В ходе каталитического крекинга процесс ведут в присутствии алюмосиликатного катализатора. У бензина каталитического крекинга октановое число повышается до 75–81. Риформинг (от английского reform – преобразовывать, улучшать) проводят в присутствии катализаторов, способствующих ароматизации насыщенных углеводородов и повышающих долю ароматических углеводородов с 10 до 60%. Раньше в качестве катализаторов применяли оксиды молибдена и алюминия, сейчас используют катализаторы, содержащие платину (поэтому такой процесс называют платформингом). У бензина, получаемого путем каталитического риформинга, октановое число еще выше и равно 77–86.
Для повышения октанового числа в бензин вводят также так называемые высокооктановые компоненты. К ним относятся ароматические углеводороды с короткой разветвленной боковой цепью, например, кумол С 6 Н 5 СН(СН 3) 2 . Другая добавка – так называемый алкилат (алкилбензин), смесь насыщенных углеводородов изостроения, получаемая алкилированием изобутана непредельными углеводородами – алкенами, в основном бутиленами. В результате образуется смесь изооктанов:
СН 3 СН(СН 3) 2 + СН 3 СН=СНСН 3 ® СН 3 С(СН 3) 2 СН(СН 3)СН 2 СН 3 (2,2,3-триметилпентан); СН 3 СН(СН 3) 2 + (СН 3) 2 С=СН 2 ® СН 3 С(СН 3) 2 СН 2 СН(СН 3) 2 (2,2,4-триметилпентан). Алкилат имеет октановое число не менее 90–91,5. Очень эффективно введение в бензин добавки метил-трет -бутилового эфира СН 3 –О–С(СН 3) 3 – нетоксичной жидкости с октановым числом 117; в бензин можно добавлять до 11% этого вещества без снижения его эксплуатационных характеристик. Таким образом, современный автомобильный бензин – это сложная смесь углеводородов, полученных в различных процессах переработки нефти, и специальных добавок.
Чтобы повысить октановое число бензина, широко используют и второй метод: добавляют в него специальные вещества – антидетонаторы. Самым первым из них был сравнительно недорогой и очень эффективный тетраэтилсвинец – бесцветная токсичная жидкость. При высокой температуре в молекулах этого соединения легко рвутся связи Pb–C, с образованием этильных радикалов (см . СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ):
Pb(C 2 H 5) 4 = Pb + 4C 2 H 5 . Атомы свинца легко окисляются кислородом до оксидов свинца (в зависимости от температуры образуются смеси PbO и PbO 2), а диоксид эффективно разрушает гидропероксиды с образованием малоактивных соединений – альдегидов, спиртов и др., например: 2RCH 2 COOH + 2PbO 2 ® 2RCHO + 2PbO + O 2 . Чтобы образовавшиеся при сгорании тетраэтилсвинца оксиды свинца не отлагались на внутренних деталях двигателя, в бензин одновременно вводят специальный «выноситель» свинца (0,3–0,4%), обычно это этилбромид C 2 H 5 Br и дибромпропан C 3 H 6 Br 2 . Тогда свинец выносится вместе с выхлопными газами в виде бромида PbBr 2 . Смесь тетраэтилсвинца с этилбромидом называется этиловой жидкостью, а бензин с такой добавкой называется этилированным (чтобы отличить этилированный бензин от обычного, его окрашивают). Добавка всего 0,1% тетраэтилсвинца может повысить октановое число бензина на 10 единиц. В авиационные бензины добавляют до 0,3% тетраэтилсвинца. Однако это соединение высокотоксично: предельно допустимая концентрация его паров в воздухе равна всего 0,005 мг/м 3 – намного меньше, чем у хлора. Кроме того, ядовитые соединения свинца сильно загрязняют пришоссейные участки земли. Все это привело во многих странах к полному запрещению этилированного бензина в качестве автомобильного топлива или к значительному ограничению его применения.
Были разработаны и другие, менее токсичные антидетонаторы, например, трикарбонил(232-циклопентадиенил)марганец Mn(CO) 3 (C 5 H 5), димер карбонил(232-циклопентадиенил)никеля 2 , ферроцен Fe(C 5 H 5) 2 . К сожалению, эти антидетонаторы слишком дороги, а кроме того образуют твердый нагар на стенках цилиндров в значительно бóльших количествах, чем тетраэтилсвинец, так что работа в этой области продолжается.
Роль увеличения октанового числа можно проиллюстрировать на примере авиационного бензина во время Второй мировой войны. Эту войну часто называют «войной моторов». Моторы – это танки, самоходные пушки, самолеты. Для моторов необходимо топливо, и определенную роль в поражении Германии и ее союзников сыграла нехватка топлива. Менее известный, но не менее важный фактор – наличие у стран антигитлеровской коалиции лучшего по качеству бензина. У немцев и японцев октановое число авиационных бензинов не превышало 87–90, тогда как у их противников оно было не менее 100. Хотя разница может показаться небольшой, летчики оценили ее в полной мере: она позволила на 30% увеличить мощность авиационного двигателя при взлете и наборе высоты; на 20% снизить расход топлива и на столько же увеличить дальность полета, на 25% увеличить полезную нагрузку (а это бомбы, снаряды, дополнительное вооружение), на 10% увеличить максимальную скорость и на 12% – высоту полета. Как отметил британский министр Дэвид Ллойд Джордж, его страна не смогла бы выиграть в 1940 воздушную «битву за Британию», если бы у английских летчиков не было авиационного бензина марки «100».
Массовое производство «100-го» бензина началось в США в конце 1930-х, когда промышленность перешла на каталитический процесс переработки нефти, разработанный французским инженером Эженом Гудри. Он иммигрировал в США в 1930, а уже в июне 1936 начала работать полупромышленная установка Гудри производительностью 2000 баррелей в сутки (американский баррель для сырой нефти и нефтепродуктов равен 139 л). Успешная работа установки позволила уже через 10 месяцев ввести в действие полномасштабный завод мощностью 15 тыс. баррелей в сутки. Другие нефтяные компании также начали внедрять на своих предприятиях установки Гудри, и в 1939, в канун мировой войны, их суммарная производительность достигла 220 тыс. баррелей в сутки. В 1940 Гудри удалось существенно улучшить работу реакторов, заменив природные глины на более производительный синтетический алюмосиликатный катализатор. В результате «бензин Гудри» имел октановое число 82, тогда как ранее не удавалось получить более 72. Поэтому именно бензин, получаемый на установках Гудри, стал основой для получения нового высококачественного бензина (с неслыханным для того времени октановым числом, достигающим 100 и более) в широких масштабах.
Армейские чины США еще в 1934 заинтересовались бензином с октановым числом 100. Испытания показали, что он дает значительные преимущества и является стратегическим продуктом. Но этот бензин был в то время весьма дефицитным. Его получали, добавляя тетраэтилсвинец, изооктан, изопентан и другие компоненты к лучшим сортам авиационного бензина. Процесс Гудри позволил вдвое снизить количество дорогих добавок, необходимых для получения «бензина-100». Заслуги Гудри были оценены американским правительством: вскоре после вступления США в войну он стал гражданином этой страны. В 1941–1942 установки, работающие на основе процесса Гудри, давали 90% всего авиационного бензина стран антигитлеровской коалиции. К 1944 производительность установок была доведена до максимума – 373 тыс. баррелей в сутки.
Гудри получил множество патентов на каталитическую переработку нефти. До сих пор у специалистов-нефтехимиков в ходу термины «гудрифлоу», «удриформинг» и др.; в Англо-русском словаре по химии и переработке нефти приведено семь подобных терминов.
Илья Леенсон
Октановое число бензина - важный показатель. От него зависят эксплуатационные свойства топлива, динамические и другие характеристики автомобиля. Под данным понятием подразумевается мера стойкости к детонации (возгоранию) этого типа топлива. Существуют определенные стандарты для различных видов бензина. Различные типы двигателей рассчитаны на использование бензина с определенным октановым числом.
Что такое октановое число?
Октановое число подразумевает стойкость к воспламенению под воздействием сжатия. Данный показатель численно равен количеству изооктана в смеси с другим важным компонентом - н-гептаном. Существуют различные типы октанового числа. Определяются они разными способами:
- исследовательское октановое число;
- моторное октановое число.
Соответственно обозначаются данные показатели как ОЧИ и ОЧМ. Разница между ними представлена как чувствительность топлива. Если необходимо определить показатель в реальных условиях эксплуатации двигателя - используется показатель «фактическое октановое число». Оно определяется на специальном стенде, прямо в работающем двигателе.
Максимально приближено к реальному показателю «дорожное» октановое число. Измерение его осуществляется непосредственно на транспортном средстве. Сам изооктан достаточно проблематично воспламеняется даже при высоком показателе степени сжатия. Величина его октанового числа принята постоянной - она равна 100.
При этом сгорание н-гептана в случае невысоких показателей сжатия сопровождается стуками в двигателе. Величина его октанового числа принята на уровне 0. Для топлива с величиной октанового числа более 100 существует специализированная шкала. В него в зависимости от двигателя и условий эксплуатации добавляется специальный компонент - изооктан. Также может добавляться антидетонатор.
Использование бензина с неподходящим по параметрам двигателю октановым числом приводит к возникновению металлического звона. Появляется он из-за волн давления, создаваемых при чрезмерно быстром сгорании топлива, отражении от стенок поршня/цилиндров.
Повышение октанового числа бензина
Повышение октанового числа бензина возможно разными способами:
- путем сложного технологического процесса;
- добавлением специального антидетонатора.
Наиболее часто используется именно второй способ. Самыми распространенными антидетонаторами являются:
- различные добавки на основе спирта;
- тетраэтилсвинец.
Добавки на основе спирта
Одним из часто ранее применяемых методов является добавление спирта. Причем это мог быть как этиловый, так и метиловый. Например, если к бензину с октановым числом 92 добавить 1/10 часть этилового спирта, то его показатель стойкости к детонации увеличится до 95. Сопутствующим эффектом будет существенное снижение токсичности выхлопа.
Но важно помнить, что увеличение октанового числа таким способом приводит к быстрому возрастанию давления паров. Что может стать причиной возникновения паровых пробок в системе топливопровода.
К тому же спирт очень гигроскопичен. Необходимо применять специальные методы хранения подобного топлива, осуществлять контроль за количеством воды в смеси. Попадание её в двигатель может стать причиной серьезных поломок, необходимости дорогостоящего ремонта.
Тетраэтилсвинец
Данное вещество имеет химическую формулу Pb(C2H5)4. По своим характеристикам он является одним из самых эффективных антидетонаторов. Температура его закипания составляет целых 2000С, имеет высокий показатель вязкости. Начал использоваться в рассматриваемом качестве ещё в 1921 году. Сегодня является наиболее часто используемым. Данное вещество позволяет повысить показатель октанового числа на целых 17 пунктов.
При этом в чистом виде вещество не используется. Так как при сгорании его возникает оксид свинца. В процессе эксплуатации двигателя он оседает почти на всех его внутренних элементах. Как следствие - возникновение нагара на клапанах, поршнях мотора и остальных.
Потому вместе с тетраэтилсвинцом обязательно добавляются специальные вещества, выводящие продукты оксида свинца. Таковыми компонентами являются:
- бромистый этил;
- дибромпропан;
- диромэтан.
Как понизить октановое число бензина
С недавнего времени с заправок исчез бензин с октановым числом 76 и 80. Но при этом большое количество техники, которая ещё на данный момент эксплуатируется, требует для своей нормальной работы именно такое топливо. Особенно часто возникают такие сложности с мотоблоками, выпущенными около 10 лет назад или же более. Приобретать новый - достаточно дорогостоящее мероприятие. Именно поэтому вопрос по поводу снижения октанового числа бензина очень актуален.
При заливке 92-го бензина вместо 80 или даже 76 двигатель обычно работает неровно, либо заводится и сразу глохнет. Потому прежде, чем использовать 92-ой, следует понизить его октановое число до приемлемого в конкретном случае. Существует несколько «народных» способов осуществить данную процедуру в домашних условиях:
- оставить канистру с бензином на открытом воздухе с незакрученной пробкой - каждый день величина октанового числа снижается на 0.5;
- использовать как добавку керосин - данный метод ранее использовался на старых автомобилях (достаточно сложно будет выбрать подходящие пропорции).
При этом прежде, чем использовать такой метод, необходимо будет обязательно измерить величину октанового числа.
Измерение октанового числа бензина
Процесс измерения октанового числа достаточно прост. В свободной продаже не составит найти октанометр - специальный прибор, определяющий величину октанового числа топлива. Важно лишь помнить, что данное устройство работает по принципу измерения диэлетрической проницаемости бензина. Так как имеется пропорциональная зависимость данного показателя от октанового числа. Необходимо будет составить специальную калибровочную зависимость - для определения точной величины.
Построение такой зависимости осуществляется с использованием н-гептана, а также топлива, величина октанового числа которого уже известна. Применяются моторные установки типа УИТ-65 и УИТ-85. Сам принцип измерения основывается на сравнении октановых (цетановых) чисел контрольного образца с образцами других бензинов. Аналогичным образом возможно определить также октановое число дизельного топлива.
Сегодня данный метод стало возможно использовать именно по причине того, что производится бензин путем использования не технологии прямой перегонки, а кампаудирования (смешивания). Хорошо иллюстрирует данный процесс обозначенный ниже рисунок.
Данный способ определения величины октанового числа бензина имеет определенные недостатки, о которых необходимо будет помнить. К таковым сегодня относятся следующие:
- невозможность осуществить анализ бензина неидентифицированного - так как сам процесс анализа производится методом сравнения;
- сложно определить различные внешние факторы на сам процесс измерения.
Сравнение всегда осуществляется на основании данных, которые уже заложены в специальном приборе. Путем использования сложного алгоритма делается вывод о соответствии измеряемого октанового числа с уже присутствующим в памяти прибора. Также невозможно было создать единую модель для бензинов, изготовленных различными способами (крекинг/риформинг/иные), а также разных видов. Для бензинов с разными октановыми числами необходимо изготавливать новые модели приборов.
Имеются следующие ограничения на использование модели рассматриваемого типа:
- осуществляется предварительная калибровка в соответствии с эталонными устройствами;
- температура должна соответствовать определенному диапазону, указанному в спецификации прибора.
Прибор для измерения октанового числа бензина и его приблизительная стоимость
Принцип работы у всех без исключения приборов, измеряющих величину октанового числа, является идентичным. На рынке присутствуют устройства как отечественного, так и зарубежного производства. Наиболее популярным и известным прибором данного типа, изготовленным в РФ, является ОКТИС. Стоимость его составляет порядка 3.5 тыс. рублей.
Более точный и надежный - Digatron. Цена его будет в 2-3 раза выше - порядка 700 евро за штуку. Именно он наиболее широко используется для решения рассматриваемых задач.
Часто применяется в картинге и других видах спорта. Принцип его действия достаточно прост. Производится два измерения - эталонного топлива и другого, чье октановое число необходимо измерить. Далее полученные данные попросту сравниваются.
При этом топлива разных производителей во всех без исключения случаях имеют отличия друг от друга. Соответственно, калибровочная зависимость диэлектрическая проницаемость - октановое число существенно различается. Потому требуется в каждом случае строить индивидуальные калибровки. В качестве стандарта обязательно применяется топливо конкретного производителя. Октановое число обязательно должно быть предварительно измерено на специальной установке.
Такими установками на территории РФ являются:
- УИТ-65;
- УИТ-85.
Одним из самых эффективных приборов для измерения октанового числа является ОКТАН-ИМ. Стоимость его составляет 40.8 тыс. рублей на 2016 год. Данный прибор обладает встроенной памятью и может вмещать в себя порядка 10 различных калибровок. Точность показаний устройства максимально высока. Наиболее сложным по устройству и эффективности является ОКТАНОМЕТР ПЭ-7300 М.
Стоимость его составляет порядка 50 тыс. рублей. Главным его отличием от более дешевых аналогов является наличие специализированного программного обеспечения. Возможно подключение к персональному компьютеру. При осуществлении расчетов можно учесть показатель температурного режима.
Существует определенная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры. Для примера ниже представлена таблица такой зависимости для бензина АИ-98:
Зарубежным дорогостоящим аналогом представленного выше оборудования для измерения октанового числа является SHATOX SX-100M. Стоимость его напрямую от производителя составляет порядка 1800 долларов. Главным и наиболее существенным отличием его от представленных выше устройств является наличие встроенного датчика измерения температуры. В свою очередь ПЭ-7300 определяет данный показатель лишь программно.
Степень сжатия и октановое число бензина: таблица
Сегодня для каждого типа бензина с определенным октановым числом устанавливается фиксированная степень сжатия. Данные показатели являются стандартными. Определены они в каждом случае специально разработанным ГОСТ. Все данные представлены в таблице ниже:
Присадка для повышения октанового числа бензина
В отличие от понижения октанового числа повышение данного показателя обычно какие-либо затруднения не вызывает. Существует множество специальных присадок, позволяющих манипулировать данным показателем. Величина такого повышения, а также иные параметры зависят именно от конкретного типа продукта.
Наиболее популярные сегодня присадки:
- «Октан Плюс» Octane Plus - повышение на 2-2.5 единиц;
- Lavr Next Octane Plus - повышение до 6 единиц;
- Astrohim Октан Плюс - повышение на 3-5 единиц.
Заключение
Величина октанового числа - важный показатель топлива.
Необходимо использовать бензин лишь с параметрами рекомендованными производителем. В противном случае велика вероятность возникновения самых разных проблем с двигателем.
Вплоть до его поломки и необходимости проведения капитального ремонта, замены клапанов, поршней. Существует несколько различных способов измерения октанового числа бензина. Для этих целей применяются специальные приборы.
Для того чтобы разобраться, что такое октановое число, необходимо иметь хотя бы малое понятие о принципе функционирования двигателя внутреннего сгорания. По сути, это понятие обозначает химическую стойкость топлива к возгоранию. Чем выше этот показатель, тем ниже такая вероятность.
Детонация
На одной из стадий своей работы поршень любого автомобильного двигателя начинает сжимать воздушно-топливную смесь. В результате действия высокого давления возникает вероятность её самовозгорания до момента появления искры от свечи зажигания. Это явление называется детонацией и становится серьёзной проблемой для многих машин. Его основная угроза заключается в повреждении шатунов и расплавке поршневых отверстий. Ремонт этих поломок стоит довольно дорого. Как бы там ни было, но такие случаи в наше время происходят сравнительно редко, поскольку большинство производителей оборудуют силовые агрегаты машин компьютеризированными блоками, способными обнаруживать частоты, что характерны для детонации.
Степень сжатия
Высокая степень сжатия предоставляет двигателю возможность выдавать большую мощность при использовании меньшего количества топлива. В моторах современных моделей машин она составляет 10:1. Вместе с этим, если речь идёт об агрегатах с прямым впрыском, она существенно возрастает. В данном случае особо важную роль играет октановое число топлива. Следует отметить, что на расход этот показатель не влияет никак. Как правило, самой высокой степенью сжатия отличаются спортивные автомобили. В связи с этим они больше всего нуждаются в высокооктановом топливе.
Способы подсчёта показателя
Для того чтобы высчитать, каковым является октановое число того или иного вида топлива, необходимо сначала подобрать смесь из эталонных углеводородов. Таковыми являются изооктан и нормальный н-гептан. Их показатели соответственно равняются 100 и 0. Определение значения далее происходит моторным либо исследовательским методом, путём применения специальной установки, обеспечивающей переменную степень сжатия. При использовании моторного способа имитируется высокая нагрузка двигателя, когда температура топливной смеси достигает отметки в 150 градусов. Частота вращения при этом находится в одинаковом значении, составляющем 900 оборотов за одну минуту. При применении второго из указанных методов топливная смесь не нагревается, а частота вращения равняется 600 оборотов за одну минуту.
Определение октанового числа
Точно высчитать значение показателя можно следующим образом. Делается это при помощи испытательного стенда, представляющего собой мотор с одним цилиндром и карбюратором. При этом уровень детонации фиксируется за счёт специальных датчиков. Сначала запускается двигатель с тестируемым топливом, после чего подбирается эталонная смесь. Режим работы при этом не меняется. Выраженное в процентном соотношении содержание изооктана в эталонной смеси, которое появится в результате, и будет показывать стойкость бензина. Другими словами, если смесь на 75 процентов состоит из изооктана, это значит, что октановое число проверяемого топлива равняется 75 единицам. При использовании моторного способа определяются детонационные особенности машины при движении с невысокой скоростью, частом запуске и регулярных остановках силового агрегата. Что касается исследовательского метода, то он предоставляет возможность подробно рассмотреть процесс сжигания топлива при езде по трассе в одном и том же режиме. Как показывает практика, во втором случае значение показателя всегда будет немного большим.
Повышение октанового числа
Чем ярче выражен запах топлива, тем выше его октановое число. Это связано с тем, что парафиновые и ароматические углеводороды, имеющие разветвлённую структуру, повышают значение показателя. В связи с этим становится понятно, почему рекомендуется хранить бензин в закрытых ёмкостях. Путём использования специальных присадок происходит улучшение характеристик топлива. Следует отметить, что каждый из их типов призван выполнять отдельную задачу. Одни из них предназначены для повышения октанового числа, а другие - для снижения выброса в атмосферу вредных элементов. В настоящее время в нашей стране на автозаправках можно увидеть такие марки бензина, как АИ-95, АИ-92, АИ-96, А-76 и А-80. Следует отметить, что буква «И» в названии является свидетельством того, что показатель определялся исследовательским методом. В то же время цифра в наименовании - это и есть октановое число.
Газ
Очень удобным и сравнительно дешёвым видом топлива, которое становится всё более популярным среди автомобилистов из года в год, стал газ. В данном случае речь идёт о пропанобутановой смеси. Она производится из нефти и попутных сконцентрированных нефтяных газов. Для того чтобы она постоянно оставалась в жидком состоянии, её хранение и перевозка происходит под давлением в 16 атмосфер. Следует отметить, что в смеси бутан выступает в роли топлива, в то время как пропан обеспечивает давление. Этот вид топлива, по сравнению с другими, имеет множество существенных различий, начиная с химического состава и заканчивая стоимостью. Среди многих владельцев автомобилей бытует мнение, что газ вредит двигателю, а его характеристики являются значительно худшими по сравнению с бензином. На самом деле такое утверждение является ошибочным. Ярким тому доказательством можно назвать октановое число газа, которое для пропанобутановой смеси составляет 110 единиц. Как уже было отмечено выше, максимальное значение этого показателя для бензина равняется 98 единицам.
Сегодня мы поговорим о таком редко обсуждаемом обывателями явлении, как октановое и цетановое числа в топливе. Что это такое в сравнении одно с другим? В чем разница? Где применяется октан, а где цетан? И нужно ли мне это знать?
Октановое число
Начнем с основ, самого простого и распространенного показателя, октанового числа. Он используется в качестве шкалы оценки бензина. Октановое число , как слышали скорее всего многие, является показателем, который характеризует детонационную стойкость бензина, то есть возможность топливу сопротивляться самопроизвольному воспламенению при сжатии .
Что это означает? Бензин с более высоким октановым показателем может быть сжат до более высоких атмосфер (высокого давления), при этом топливовоздушная смесь не воспламенится раньше времени. Иными словами, можно подвести такой вывод под одной из тех цифр, что мы обычной видим на заправках: 92, 95, 98, - это показатель того, насколько вы можете сжать воздушнотопливную смесь прежде чем бензин в ней загорится.
C₈H₁₈ Макет октана
Если происходит преждевременное возгорание топлива, до того, как в заданный промежуток времени проскочит электрическая искра, мы получим так называемую детонацию, крайне вредное для любого мотора явление, с которым инженеры уже давно научились бороться. Как видим, в том числе при помощи топлива.
Кстати, а знали ли вы, что шкала алканов, в которые входят в том числе и октаны, простирается от 0, этот показатель соответствует гептану (C₇H₁₆) до показателя в 100 единиц, что соответствует октану (C₈H₁₈)? Теперь знаете или по крайней мере вспомнили. Вот такое небольшое отступление в химические дебри школьной программы.
Чем еще полезен высокооктановый бензин, кроме отсутствия или минимального присутствия возможности детонации? При высоком показателе компрессии двигатель способен развить больше крутящего момента при одном и том же объеме израсходованного топлива. То есть, двигатель становится эффективным. При этом двигатель позволяет заранее выставить фазы, что даст временной запас при движении поршня в верхнюю мертвую точку и оптимально поджечь смесь.
И наконец, благодаря вышеназванным плюсам, высокооктановое топливо лучше работает в двигателях с турбинами и нагнетателями.
Пару слов о низкооктановом бензине. Все те показатели, только со знаком минус, наблюдаются у топлива с низким октановым числом. Этим обусловлено использования бензинов АИ-80, 92 и в относительно маломощных атмосферных моторах.
Цетановое число
Цетан используется для схожей шкалы оценки, только у дизельного топлива. Характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки горения рабочей смеси.
Что это значит? Это измерение временного промежутка, с того момента, когда топливо впрыскивается в цилиндр и когда это топливо начинает гореть. По науке - промежуток времени, проходящий от впрыска топлива в цилиндр до начала его воспламенения .
Высокое цетановое число дизельного топлива, будет являться измеренным показателем того, насколько топливо быстро воспламеняется после впрыска в цилиндры. И, наоборот, низкое цетановое число, означает, что для поджигания топлива потребуется некоторый временной промежуток.
C 16 H 34 Макет цетана
Измеряется показатель цетана также по шкале углеводородов, крайний левый в которой будет 1-метилнафталин, (C 11 H 10) - отображается 0, 100 - цетан (C 16 H 34).
Преимущество ускоренного возгорания дизельного топлива заключается в том, что двигатель работающий на нем может развивать больше крутящего момента, задержка зажигания будет минимальной, скорость набора оборотов будет выше. Синхронизация работы фаз при помощи работы двигателя на высокоцетановом топливе может проводиться более точно, воспламеняя топливовоздушную смесь в тот момент, когда требуется развить максимальный крутящий момент.
Финальным плюсом высокого показателя цетана можно назвать низкие выбросы углеводородов в атмосферу, поскольку такое топливо сгорает полнее. Но, при этом, как показывают исследования, твердых частиц из выхлопной трубы выбрасывается больше, чем у дизельного топлива с низким показателем цетана.
Как бы то ни было, чем выше цетановое число, тем лучше, это показатель более качественного ДТ.
Надеемся теперь вопросов не возникнет.
Видео взято с YouTube-канала: "Engineering Explained"