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.
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.
Октановое число — это самый основной параметр бензина. Говоря простым языком, чем выше степень сжатия горючего без его воспламенения, тем большую мощность может развивать двигатель автомобиля. Бензин смешивается с воздухом и попадает в камеры сгорания поршней, в них он взрывается, приводя поршни в движение, этот момент силы передается на коленчатый вал, а уже от него на трансмиссию.
Для того, чтобы поршни двигались равномерно, нужно заливать тип бензина, детонирующий только при определенных условиях, которые создаются в блоке цилиндров автомобиля.
Бензин состоит из двух основных компонентов — изооктана и н-гептана . Изооктан не поддается детонации даже при самом высоком давлении, которое создается в камере сгорания поршней, тогда как н-гептан — это взрывоопасный компонент. Условно детонационная стойкость изооктана составляет 100, а н-гептана — 0. Октановое число — это процентное содержание изооктана в бензине. Чем оно выше, тем ниже детонационная способность топлива при сжатии.
Обычно, на нефтеперегонных заводах после перегонки нефти октановое число составляет не более 70-ти процентов. Для его повышения используются различные присадки — антиокислители, антидетонаторы, антикоррозийные составы.
В зависимости от типа двигателя производитель указывает, бензин с каким октановым числом следует использовать. Распространено ошибочное мнение, что бензин с высшим октановым числом подойдет любому типу бензиновых двигателей, но это абсолютно не соответствует истине, поскольку не приведет к повышению мощности двигателя.
Существуют виды двигателей, которые могут работать с различными типами бензинов с октановым числом от 92 до 98. В таком случае использование бензина с высшим октановым числом может отразиться на увеличении мощности всего на 5 процентов. В условиях города ощутить эту разницу практически невозможно.
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.
Бензин — легковоспламеняющаяся жидкость, не имеющая цвета или с легким желтоватым оттенком (если отсутствуют специальные добавки). В целях улучшения рабочих свойств моторного топлива, применяемого в производители стараются увеличить октановое число бензина. Для этого в него добавляют соответствующие компоненты. Если при сгорании топлива слышен характерный металлический звук, создаваемый детонационной волной при многократном отражении ее от стенок цилиндра, то КПД двигателя снижается, кроме того, ускоряется его износ.
В этом случае говорят, что качество топлива неудовлетворительное, так как октановое число низкое. Детонационную стойкость моторного топлива, то есть способность противостоять самовоспламенению из-за сжатия в цилиндрах работающего двигателя и характеризует этот показатель. Численно он равен объемной доле изооктана (другое его название: 2,2,4-триметилпентан) в двухкомпонентной смеси, содержащей еще и н-гептан. Такая смесь при определении ее детонационной стойкости в стандартных условиях испытания создает эффект, эквивалентный исследуемому топливу.
Изооктан — предельный углеводород C8H18 изостроения. Он, благодаря своим свойствам, трудно окисляется даже при высокой поэтому его детонационную стойкость условно приняли равной 100 единицам. Н-гептан в двигателе ведет себя иначе: даже при невысоких степенях сжатия процесс его сгорания сопровождается детонационным эффектом, поэтому величина этого показателя для него принята за 0 единиц. В тех случаях, когда октановое число бензина выше 100 единиц, для оценки его качества применяется условная шкала смесей, где в основной компонент — изооктан — добавлены различные дозы тетраэтилсвинца.
Поэтому можно утверждать, что этот показатель является самой значительной характеристикой моторного топлива. Он показывает, насколько бензин устойчив к детонации, то есть к произвольному возгоранию в цилиндрах мотора. Вероятность взрыва горючего в ДВС будет максимально снижена, если этот показатель будет высоким. Если бензина соответствует 95 единицам, то он детонирует как смесь, состоящая из 95 % 2,2,4-триметилпентана и 5 % нормального гептана. После первичной обработки нефти для продукта, называемого прямогонный бензин, данная характеристика редко превосходит величину в 70 единиц. Поэтому, чтобы повысить качество низкосортного бензина, применяют не только компаундирование (смешение с высокооктановыми продуктами), но и вводят антидетонаторы в количестве до 0,3 %.
Качество топлива зависит во многом от состава природного ископаемого, из которого его получают фракционированием или перегонкой, — нефти. Для нее важны такие показатели, как вязкость, фракционный состав, присутствие сернистых соединений и парафинов, а также содержание воды и растворенный в ней солей. Однако перечисленные факторы скорее влияют на особенности переработки и выбор технологии. Качество бензина, то есть величину его октанового числа, определяет углеводородный а затем и способ ее переработки, от которого также зависит, сколько в бензине будет изооктана, н-гептана, ароматических соединений и так далее.
Антидетонационные свойства бензина повышают содержащиеся в нем Высокое содержание бензола, прежде всего, влияет на состояние окружающей среды, так как является источником бензапирена (канцероген). Повышенное содержание высококипящих ароматических соединений способствует повышению нагарообразования в камере сгорания и на клапанах двигателя. Все это ухудшает такие рабочие показатели, как мощность двигателя, КПД, экологические и экономические аспекты его работы. Нагар, образовавшийся в камере сгорания, заставляет владельца авто выбирать моторное топливо таким образом, чтобы октановое число бензина было высоким. В противном случае значительно понижается мощность или мотор работает с детонацией.
