С большой долей уверенности можно сказать, что абсолютно все владельцы авто слышали об октановом числе бензина, однако, немногие из них знают, что на самом деле представляет собой это число, от чего оно зависит, и что зависит от него. Именно о нем пойдет речь в этой статье, но прежде давайте рассмотрим такое явление, как детонация.
Одним из основных требований к автомобильному бензину является его устойчивость к детонации. Горючая смесь в цилиндре ни в коем случае не должна воспламеняться до того момента, пока ее не подожжет искра с электродов свечи зажигания. В случае самовоспламенения топливной смеси под воздействием высокого давления, в цилиндре неизбежно возникнет детонационный эффект – взрывное возгорание топлива, сопровождающееся соответствующим звуком.
Это явление оказывает пагубное, а порой даже разрушительное влияние на детали поршневой группы. Дело в том, что скорость полного сгорания топливной смеси в цилиндре, при условии ее поджога от искры, составляет 15-60 м/с, а при возникновении детонационного эффекта она сгорает со скоростью 2000-2500 м/с. А это уже не горение, а настоящий взрыв, повторяющийся с каждым циклом, вызывая резонанс. Вредное воздействие последнего приводит к разрушению самого поршня, поршневого пальца, шатуна и других деталей двигателя.
Благо, современные автомобили оснащаются датчиками детонации, которые способны улавливать ее малейшие признаки и передавать соответствующий сигнал на электронный блок управления (ЭБУ) двигателем, который, в свою очередь, либо уменьшает количество топлива в смеси, либо корректирует угол опережения зажигания. Однако и ЭБУ не всегда может справиться с подобной проблемой, особенно если в баке находится некачественный или несоответствующий требованиям двигателя бензин.
Каждый из водителей, заправляя свой автомобиль на АЗС, заказывает оператору нужное количество топлива, указывая его привычное наименование (80, 92, 95, 98). На самом деле это не наименование, не марка, не степень горючести, и даже не мера детонации, как объясняют некоторые «специалисты». Цифры в названии бензина указывают на его октановое число, определяющее его детонационную устойчивость. Оно в процентном отношении определяет содержание смеси изооктана с н-гептаном в бензине. Почему именно эти вещества? Все просто. Дело в том, что изооктан практически не взрывоопасен, из-за чего он не поддается детонации, а его детонационная устойчивость равна 100. В свою очередь, н-гептан взрывается при малейшем увеличении давления, поэтому его устойчивость к детонационным процессам приравнивают к нулю.
Смешивая данные вещества в нужных пропорциях, и добавляя их в топливо, мы имеем возможность регулировать величину его октанового числа, тем самым приспосабливая бензин под разные двигатели.
Есть два общепринятых способа вычисления октанового числа: исследовательский и моторный. Первый способ предполагает проверку бензина на его устойчивость к детонационным процессам при умеренной нагрузке на силовой агрегат. Испытания проводятся на специальном стенде с использованием одноцилиндрового бензинового мотора при переменной нагрузке, оборотах 600 об/мин, температуре воздуха в топливной смеси +52 0 С и угле опережения зажигания, равном 13 0 . Мотор сначала работает на испытуемом топливе до возникновения детонации. После ее фиксации двигатель при той же нагрузке переводят на эталонное топливо из смеси изооктана и н-гептана в разных концентрациях. Зафиксировав момент возникновения детонационного эффекта, испытания прекращают. Количество изооктана в бензине, при котором начался процесс детонации – это так называемое, исследовательское октановое число. И если в маркировке бензина присутствует литера «И» (АИ), это значит, что оно было определено вышеописанным исследовательским методом.
Моторный способ подразумевает определение устойчивости топлива к детонационным явлениям в условиях реальной езды при повышенной нагрузке на мотор (900 об/мин при температуре топливной смеси +149 0 С и переменном угле опережения зажигания). Процесс определения октанового числа – аналогичный вышеописанному.
Существует еще один метод установления величины октанового числа. Его суть заключается в измерении количества изооктана специальным прибором – цифровым октанометром. Он довольно прост и удобен в использовании. Принцип действия октанометра заключается в сравнении состава исследуемого бензина с эталонными образцами топлива, и основан на его диэлектрических особенностях. Данный метод на сегодняшний день еще не сертифицирован на территории России, поэтому октанометр не может являться официальным инструментом для проведения исследований.
Величина октанового числа при разных методах его определения может несущественно отличаться. Ниже приведена таблица основных марок бензина с указанием их октанового числа
Для каждой марки и модели автомобиля заводом-изготовителем предусмотрен бензин с определенным октановым числом. Узнать его можно из руководства по эксплуатации авто. Но что же произойдет, если не придерживаться рекомендаций?
Применение топлива с меньшим октановым числом, как мы уже знаем, ведет к детонации. Кроме этого увеличивается расход, снижается мощность двигателя, а при длительной нагрузке на него возможно прогорание клапанов, перегрев двигателя, выход из строя деталей поршневой группы. При использовании бензина с большим октановым числом ничего страшного не произойдет, разве, что немного снизится динамика за счет более длительного времени сгорания горючей смеси.
Ниже представлена таблица, из которой можно узнать, какое топливо лучше подойдет для двигателей с разной степенью сжатия.
До недавнего времени производители топлива для повышения его устойчивости к детонации применяли тетраэтилсвинец – вещество, с высокими антидетонационными характеристиками. Но, поскольку оно оказалось еще и сверхядовитым, а также быстро выводило из строя катализаторы и кислородные датчики в выхлопной системе, ему быстро нашли альтернативу.
Сегодня для повышения октанового числа используются различные ароматические (имеют большое октановое число) и парафиновые углеводороды (обладают наименьшим октановым числом), именуемые прсадками. Многие из них имеют большие показатели летучести, что нередко приводит к тому, что бензин, в который они были добавлены, при негерметичной емкости может быстро из 95 стать, например, 92 или 80.
Увеличить октановое число можно и самостоятельно. Для этого необходимо приобрести какую-нибудь из присадок и добавить ее в топливо. Одним из таких средств является метилтретбутиловый эфир. Эта присадка считается практически безвредной для окружающей среды и элементов двигателя, чего не скажешь о ферроцене, в составе которого находится обыкновенное железо, оседающее прочным красноватым налетом на электродах свечей.
Юристы у нас есть, компьютерщики есть, нужны ещё инженеры и прочие химики.
Октановое число бензина определяет его устойчивость к детонации. Чем больше октановое число, тем дольше бензин не взрывается при сжатии, тем сильнее его можно сжать. То есть, если двигатель хочет выжать из топлива больше энергии, он должен сжать топливо сильнее, а бензин от этого может взрываться (не в баке, а в цилиндре двигателя). Поэтому для таких двигателей придумывают бензины, которые выдерживают большее сжатие, не взрываясь. Чем больше степень сжатия топлива в двигателе, тем выше должно быть октановое число бензина.
Как это влияет на расход? Под кат.
Возьмём абстрактный двигатель одной абстрактной современной легковой машины. Степень сжатия топлива в этом двигателе не зависит от вида топлива, это характеристика, связанная исключительно с геометрическими параметрами: (Vc+Vh)/Vc, см. картинку к топику. На расход может повлиять только выделяемая при сгорании топлива энергия. А отличается ли энергия сгорания 95-го бензина от энергии сгорания 92-го? Судя по данным википедии, удельная теплота сгорания бензина 42-44 МДж. Даже если предположить, что 42 - это для 92-го, а 44 - для 95-го (это предположение изначально ложно, так как есть ещё 80-й и 98-й), то всё равно говорить о приросте 15% мощности нельзя вообще никак.
Для нашего абстрактного двигателя разница между бензинам следующая: если двигатель имеет степень сжатия 6-8, то ему достаточно, чтобы октановое число было 76/80 - бензин уже не будет детонировать в цилиндрах, но если 80-й бензин залить в наш абстрактный двигатель, у которого степень сжатия 8-9, то 80-й бензин начнёт взрываться (детонировать) раньше, чем его подожжёт искра от свечи, и пользы двигателю от этого будет мало: бензин не должен взрываться внутри цилиндра в нормальном режиме, он должен сгорать. Если же в этот двигатель залить 98-й, то он точно не будет детонировать раньше времени, зато он будет слишком медленно гореть после поджига (потому что рассчитан на большее сжатие) и поэтому будет вытекать недогоревшим в выхлопную трубу (от этого, кстати, клапана и прогорали раньше).
К счастью, в современных двигателях есть "мозги", которые позволяют ему самому решать, в какой момент поджигать топливо в цилиндре, поэтому в обоих случаях топливо поджигается раньше, чем если бы был залит родной 92/95. В случае с пониженным октановым числом это приводит к тому, что топливо сгорает слишком рано, расход растёт, движок ощутимо "не тянет". В случае с повышенным октановым числом просто снижается КПД (из-за растянутого времени сгорания топлива), расход растёт некритично, возможно ощущение что "не тянет" (на раннем зажигании так будет, даже с родным бензином).
Итак, правильный ответ на вопрос «влияет ли октановое число на расход»: если лить бензин с октановым числом ниже, чем расчётное, то расход повысится, если выше - то как минимум не снизится, может тоже повыситься.
Если двигатель рассчитан на 95-й - на 92-м расход повысится. Если двигатель рассчитан на 92-й, то на 95-м никаких преимуществ не будет.
Есть уточнения.
1. Если бензин разбавлять ослиной мочой, то его энергия сгорания снизится, соответственно расход увеличится. Так что расход зависит от заправки. Если на заправке бодяжат только 95-й или только 92-й, то расход может изменяться при переходе с одного на другой (вопреки вышеизложенной теории), но в данном случае это происходит из-за ослиной мочи, а не из-за октанового числа бензина.
2. Производитель автомобиля может заявлять заниженное октановое число в требованиях к топливу, чтобы привлечь больше нищебродов покупателей. Стоит проверить степень сжатия своего двигателя, чтобы знать, имеет ли смысл попробовать более дорогой бензин, не рискуя нарваться на эффект плацебо. Занижение минимального октанового числа может приводить ко всяким спецэффектам, например, я замечал, что после каждой заправки (я заправляюсь 95-м) моя машина "не тянет" несколько первых километров. Это потому что мозги ещё не определили, что там залито в бак, и настроились на дефолтный 92-й, то есть, включили раннее зажигание.
3. 95-экто, 95-G-drive и т.п. - надо понимать,что даже если они и работают, то есть даже если они и прибавляют мощи, то точно не за счёт изменения октанового числа. Октановое число - 95, это указано в чеке. Соответственно:
1 как я отмечал выше, у этого топлива может быть повышена теплота сгорания (за счёт присадок),
2 у него могут быть присадки, повышающие другие характеристики, влияющие на общий КПД (вязкость, количество и вид образуемых газов, скорость сгорания, etc),
3 у него может отсутствовать ослиная моча в составе (это даёт эффект по сравнению с топливом, у которого этот компонент присутствует),
4 либо у него могут быть присадки, вызывающие эффект плацебо.
Что примечательно, нефтяники этот момент скрывают, то есть узнать, какой именно вариант используется для G-drive, а какой для 95-экто, - достаточно проблематично. Я склонен считать, что это комбинация из 3 и 4, но народ утверждает, что некоторые виды такого бензина смывают осадок в бензобаке, что намекает на элементы варианта 2 (очевидно, что смывают осадок они прямо в двигатель, так что с этим нужно поаккуратнее).
4. «95-й делают из 92-го, добавляя присадки». На самом деле - пофиг, хоть из 80-го, если у него октановое число 95 - значит, он 95-й, если он горит как бензин - значит это бензин, если он выделяет нужно количество энергии - машина будет ехать на нём, как на 95-м. До тех пор, пока в составе нет ослиной мочи и эти присадки не разъедают чего не надо (например, они могут убивать катализатор - но на расходе это не отразится) - этот бензин является нормальным 95-м. Если же он выпадает хлопьями в осадок на второй день - то здесь уже снова не в октановом числе проблема.
5. Есть разные способы определения октанового числа бензина, которые применяются в разных странах по дефолту. Американский способ определения октанового числа покажет на нашем 95-м примерно 90-92 своих попугая. Если в руководстве от американского автомобиля написано "лить 92-й", то при переходе на 95-й вы получите улучшение всех характеристик в точном соответствии с теорией, изложенной выше: расчётным бензином для такой машины является аналог нашего 95-го. Можно ориентироваться на степень сжатия, чтобы проверить, не занижает ли производитель требования и не скопипастил ли он октановое число из доков на американские запчасти. Правда, найти источник этой информации мне не удалось:Кто хочет возразить - welcome.
P.S. не пытайтесь лить в бак своей машины 80-й бензин - клина словите, а я виноват окажусь. Коррекция зажигания "помогает", если октановое число отличается на 2-3 единицы, и предназначено для небольшой корректировки при колебании октанового числа, а не для того, чтобы на 80-м ездить. Но в принципе, народ ездит, в критических ситуациях.
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.
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:
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 возможно разными способами:
Наиболее часто используется именно второй способ. Самыми распространенными антидетонаторами являются:
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.
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:
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:
При этом прежде, чем использовать такой метод, необходимо будет обязательно измерить величину октанового числа.
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:
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:
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:
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.
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:
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:
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.
Чтобы понять, подходит ли автомобилю та или иная марка топлива, автолюбители смотрят на его октановое число (ОЧ). Но, далеко не все понимают, что такое октановое число, на что оно влияет и почему важно заправлять машину именно тем топливом на которое она рассчитана.
Во время работы автомобильного двигателя смесь воздуха и паров бензина сжимается до определённой величины поршнями цилиндров, после чего поджигается электрической искрой. Энергия сгорания бензиновых паров, собственно говоря, является той силой, которая вращает колёса машины.
Однако если сжать топливно-воздушную смесь слишком сильно, она может воспламениться самопроизвольно, не дожидаясь искрового зажигания. Этот процесс называется детонацией и приводит к повышенному износу и поломке двигателя. В современных автомобилях с этим пытаются бороться с помощью специальных датчиков, которые фиксируют детонацию и подают сигнал на бортовой компьютер, который либо корректирует топливный цикл, либо, если опасность детонации устранить невозможно, просто блокирует работу мотора.
Но, современных технологий недостаточно, для корректной работы двигателя обязательно нужно подходящее топливо. Показатель стойкости бензина к самовоспламенению при сжатии называют октановым числом топлива. Чем выше октановое число, тем более высокое давление может выдержать бензин при сжатии в камере двигателя.
Как было сказано выше, в процессе работы автомобильного двигателя смесь бензина и воздуха сжимается поршнем, воспламеняется электрической искрой и сгорает, выделяя энергию, которая направляется на вращение колёс. Чем больше удаётся сжать воздушно-бензиновую смесь, тем выше будет эффективность двигателя. Но увеличение силы сжатия приводит к самопроизвольной детонации бензина.
Детонация приводит к деформированию поршней и шатунов. Элементы двигателя, соприкасаясь между собой, издают лязгающие звуки и спустя непродолжительное время приходят в полную негодность. Если двигатель некоторое время работает на низкооктановом топливе, то из-за детонации:
Всё это неизбежно приводит к быстрой поломке. Разрушения элементов двигателя могут оказаться настолько серьёзными, что потребуется полная замена силового агрегата.
Во второй половине ХХ века наиболее популярным способом повышения октанового числа бензина было добавление в его состав тетраэтилсвинца. Это вещество эффективно понижает способность топлива к детонации. Промышленным способом изготовить тетраэтилсвинец несложно, причём его стоимость практически не влияет на конечную цену топлива.
В настоящее время тетраэтилсвинец запрещён к производству практически во всех странах мира. Вместо него в качестве присадок, повышающих октановое число, используются углеводороды ароматической и парафиновой группы. К сожалению, многие из этих веществ чрезвычайно легко испаряются, поэтому при длительном хранении октановое число топлива падает. Если вы зальёте в обычную канистру 95-й бензин и оставите в гараже на несколько недель, за это время он самопроизвольно превратится в 92-й или даже 80-й. Поэтому держать запас бензина для современного авто не имеет смысла.
До сих пор в нашей стране используется большое количество техники, рассчитанной на использование низкооктановых бензинов – 80-го и даже 76-го. Речь идёт не только о старых марках машин, но и о мотоблоках, бензиновых генераторах и других устройствах. Покупка новых агрегатов обойдётся владельцам слишком дорого, поэтому методы понижения октанового числа достаточно актуальны для наших автовладельцев.
Наиболее простым способом, применяемым народными умельцами, является выпаривание присадок. Считается, что если оставить канистру с бензином открытой, то каждый день октановое число будет понижаться на 0,5. Таким образом, чтобы превратить 92-й бензин в 80-й, потребуется две недели.
В некоторых случаях сходный эффект даёт смешивание бензина в определённой пропорции с керосином. Одно время этот способ широко применялся владельцами старых машин. Но, способ не прижился, так как пропорция разбавления должна каждый раз определяться эмпирическим путём.
К сожалению, даже приобретение топлива на заправочной станции не всегда гарантирует соблюдение заявленной величины его октанового числа. Однако в домашних условиях замерить его чрезвычайно сложно, для этого требуется специальное оборудование и эталонные химические вещества. В лабораториях измерение выполняют двумя способами – моторным и исследовательским. Оба основаны на сравнении бензина с эталонным углеводородом, октановое число которого равно 100, и с n-гептаном, обладающим нулевым показателем.
Кроме того, для измерения октанового числа применяют специальные приборы. Однако они не пользуются высокой популярностью, так как дают слишком большой разброс результатов при замерах.
