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.
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:
Октановое число бензина характеризует его детонационную стойкость и определяется как процентное соотношение смеси двух углеводородов, входящих в состав топлива:
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.
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:
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.
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:
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.
Чтобы повысить октановое число бензина и стойкость к детонационным процессам, производители в разные времена использовали такие вещества:
Добавление перечисленных присадок ограничено с целью сбережения окружающей среды либо по технологическим требованиям. Каждое из соединений имеет свои преимущества и недостатки:
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
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.
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.
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 .
| 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.
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.
Октановое число, это мера химической стойкости бензина к автоматическому зажиганию. Чем больше октановое число бензина, тем он устойчивее к возгоранию . А возгорание влечет за собой выход двигателя из строя.
На что влияет октановое число? Дело в том, что во время такта сжатия поршень начинает сжимать топливно-воздушную смесь. Когда смесь оказывается под высоким давлением, она может самопроизвольно возгораться. Это серьезная проблема в том случае, когда смесь загорается до того, как ласт искру свеча зажигания.
Самопроизвольное воспламенение, которое профессиональным языком называется «детонация» может спровоцировать появление громкого шума. Грохот напоминает звон монет, которые вы кидаете в копилку.
Звук и стон возникает по той причине, что самовоспламенение приводит к образованию волн высокого давления, которые сталкиваются между собой.
Детонация может повредить внутренние компоненты двигателя . Возгорание легко расплавит поршневые отверстия, и даже погнет шатуны. В итоге двигатель придется ремонтировать. Однако в наше время этого практически не происходит по той причине, что производители используют компьютерные блоки управления двигателем.
Благодаря детонационным датчикам, которые представляют собой электронные преобразователи небольшого размера, закрепленные на блоке двигателя, могут обнаруживать характерные для детонации частоты. Когда датчики фиксируют появление частот, модуль, управляющий коробкой передач, выполняет ряд действий, направленных на возвращение контроля воздушно-топливной смеси. Блок либо понижает уровень наддува в двигателях, либо оттягивает время появления искры в свечах, либо откорректировать состав топливной смеси, дабы обезопасить двигатель от поломки.
Благодаря высокой степени сжатия двигатель вырабатывает больше мощности при меньшем сжигании топлива
. Степень сжатия – показатель того, насколько плотно сжата топливно-воздушная в цилиндре. В современных двигателях степень сжатия 10 к 1, но если речь идет о двигателях с прямым впрыском топлива, то она может быть выше. Если двигатель с наддувом, то степень сжатия наоборот, меньше.
Производители автомобилей должны знать тонкие нюансы, которые не приведут к возгоранию. Именно октановое число играет здесь большую роль. Высокая степень сжатия обычно у двигателей, которые используются в спорткарах. Они почти всегда нуждаются в топливе, у которого высокое октановое число, и которое реже воспламеняется. Бензин с высоким октановым числом, не влияет на расход горючего.
Необходимо понимать, что высокое внутрицилиндровое давление требует горючего с более высоким октановым числом, для того, чтобы предостеречь двигатель от повреждений, вызванных самовоспламенением. Однако ошибиться может каждый, и залить в бак не тот сорт бензина.
Если автомобиль требует горючего премиум класса, а вы залили бензин с октановым числом 87, при этом начинаете слышать внутри нехарактерные звуки, то вам необходимо очень деликатно обращаться с автомобилем до тех пор, пока вы не доедете до заправочной станции.
Причем не всегда вы будете слышать какой-либо шум в двигателе. Неправильный «бензин» станет причиной снижения производительности. Расход топлива увеличится в разы. Тепло начнет попадать в выхлопной катализатор, в результате чего его прочность будет снижена. Не заливайте в бак бензин с меньшим октановым числом, чем вам порекомендовал производитель.
Есть два способа, которыми можно вычислить октановое число:
Чтобы определить октановое число, подбирают смеси эталонных углеводородов – изооктана, число которого = 100 и нормального н-гептана с числом, равным нулю. Определение ОЧ происходит на специальной установке с переменной степенью сжатия вышеуказанными методами. Моторный способ имитирует высокую нагрузку двигателя, в результате чего топливная смесь нагревается до 150 °С, а частота вращения находится на постоянной отметке – 900 об/мин. Когда используют исследовательский способ, то смесь не нагревают, и частота вращения = 600 об/мин.
Испытательный стенд – это двигатель с одним цилиндром и карбюратором. Происходит запуск движка на исследуемом топливе. Уровень детонации фиксируют специальными датчиками. Затем подбирают смесь эталонного топлива – н-гептана и изооктана. На ней двигатель продолжает работать в том же режиме, что и на исследуемом топливе. Полученное содержание изооктана в эталонной смеси, которое выражается в процентах, будет являться характеристикой стойкости бензина. Итог. Если в смеси содержится 70% изооктана, то октановое число = 70 единицам.
Моторный метод позволяет определить детонационные свойства бензина при эксплуатации автомобиля в тех условиях, когда он движется с маленькой скоростью, и когда происходит частый запуск и регулярные остановки двигателя. Исследовательский метод – это не менее жесткий способ испытания двигателя, который позволяет исследовать процесс сгорания топлива в то время, когда автомобиль идет по трассе в одном режиме, без остановок и частых запусков двигателя. Октановое число по исследовательскому методу выше, чем по моторному, на несколько единиц. Обычно на 5-10.
Почему же октановое число определяется двумя методами? Все дело в том, что двигатели и условия их эксплуатации различаются.
В старом ГОСТе октановое число 72 и 76 бензина измеряется по моторному методу. А высокооктановые бензины 93-й, 95-й и 98-й тестировали исследовательским методом. Октановые числа современных марок бензинов определяются исследовательским методом.
Чтобы определить ОЧ сегодня, достаточно воспользоваться специальными приборами. Однако некоторые из них дают погрешности от шести до десяти единиц. Поэтому перед их использованием придется посетить лабораторию.
Повысить ОЧ можно, добавляя в горючее, ароматические и парафиновые углеводороды разветвленной структуры
. Чем ярче будет выражен запах топлива, тем выше будет его ОЧ. Не нужно хранить бензин в открытой емкости. Его октановое число снизится.
Увеличить октановое число можно, используя специализированные присадки . Каждый тип присадки выполняет свою задачу. В итоге либо повысится ОЧ, либо снизится выброс вредных химических соединений. Многие присадки запрещены, поскольку наносят непоправимый вред природе.
Необходимо также знать, что в России производят бензины для заправки автомобилей пяти марок: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95. Буква «И» означает, что при определении октанового числа использовался исследовательский метод, а цифры — это и есть октановое число, определенное таким методом.
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
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?
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.
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"
