В результате фракционной перегонки нефти под воздействием разных температур получаются всевозможные виды топлива (в том числе и бензин), смазочные материалы, а также продукты для нефтехимического синтеза. Это, бесспорно, знают все, кто бывал на уроках химии в школе. Однако, подъезжая к автозаправке, вы наверняка не раз обращали внимание на загадочные цифры, подразделяющие бензин на разные виды. В чем же их реальное различие?
Эти самые цифры в маркировках бензина обозначают его октановое число. Это основной критерий, по которому классифицируются различные виды бензина. Термин «октановое число» характеризует свойство топлива свободно сгорать в двигателе с учетом разнообразных условий. Чем выше это число, тем бензин более устойчив к самовоспламенению при сжатии. Однако получить при производстве высокооктановый бензин несколько сложнее, кроме того, он должен быть достаточно чистым.
Каждый двигатель создается для работы на топливе с определенным октановым числом. В России большая часть автовладельцев использует Аи92. Такие виды бензина, как Аи95 и Аи98, как правило, позволяют себе владельцы авто «премиум» класса. Дизельное топливо и Аи80 пользуются еще меньшим спросом.
Определение устойчивости бензина к детонации производится с помощью стандартных смесей. Дело в том, что бензин эквивалентен смеси изооктана и гептана. Соответственно, если октановое число бензина будет равно 92, он будет самовоспламеняться как состав из 92% изооктана и 8% гептана.
При производстве различных видов бензина используется метод смешивания компонентов топлива. Иначе этот процесс называется «компаундирование». В результате всех необходимых процессов должны получиться продукты, полностью соответствующие государственным стандартам и обладающие точным октановым значением.
Первичная фракционная перегонка нефти выдает бензин с октановым показателем в пределах 70. Качество бензина повышается не только с применением компаундирования, но и благодаря использованию специальных добавок-антидетонаторов. Ранее в целях улучшения детонационных свойств топлива использовался тетраэтилсвинец. При всем том, что для человека это вещество является сильным ядом. В настоящее время в качестве высокооктановых добавок применяются ферроцен или метилтретбутиловый эфир, не обладающие такой огромной токсичностью.
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
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.
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"
Качество используемого топлива и его основные характеристики напрямую влияют на то, как долго прослужит машина. Октановое и цетановое число – это базовые характеристики качества жидкого топлива.
Бензин – это смесь углеводородов, количество каждого из компонента в этой смеси определяют марку бензина и его эксплуатационные характеристики. Фото: tuning-lada-2109.ru
Октановое число показывает нам устойчивость топлива к детонации (способность топлива к самовоспламенению) для двигателей.
Число в марке бензина показывает содержание изооктана в его смеси с гептаном. Чем больше значение числа, тем ниже вероятность, что топливо может детонировать.
Снижение значения октанового числа может нарушить ровную работу двигателя. При высоком значении давления, она способна к самовоспламенению. Возникает резкий неприятный звук, снижается мощность. При детонации могут быть повреждены внутренние детали двигателя, и он потребует ремонта.
Для повышения устойчивости к детонации используются различные виды присадок. Данный способ довольно часто применяется на заправках в России. При заправке на станции улучшенным подобным способом бензином, необходимо обращать внимание на свечи. Если появился нагар, то это признак несоответствия бензина техническим характеристикам.
При определении значения ОЧ применяется шкала, позволяющая сравнить исследуемый образец бензина и стандартную смесь. Фото: evo-rus.com
В составе стандартного эталона два вещества: гептан, пары которого способны быстро детонировать и изооктан, устойчивый к детонации. Для анализа бензина берется смесь этих веществ, которая имеет характеристики исследуемого бензина, и вычисляется количество изооктана в смеси. Если добавлять в бензин уникальные горючие жидкости, то ОЧ (октановое число) может повышаться и более чем до 100. В этом случае руководством служит условная шкала, основой которой служат смесь тетраэтилсвинца и изооктана.
ОЧИ – это исследовательское ОЧ. Для его определения применяется одноцилиндровая установка имеющая переменную степенью сжатия. ОЧИ показывает, как поведет себя бензин при невысоких нагрузках.
ОЧМ – октановое число моторное. Определяется аналогично ОЧИ, но с увеличенной частотой вращения коленвала. ОЧМ имеет меньшее значения, чем ОЧИ и показывает поведение топлива при высоких нагрузках.
Цетановое число – главная характеристика вероятности воспламенения и сгорания дизельного топлива. Высокое значение цетанового числа обеспечивает полноценное выгорание топливной смеси. Фото: do.nn.ru
В численном выражении эта характеристика сравнима с объемом цетана в специальной смеси, имеющей период задержки аналогичный топливу, взятому для проведения теста.
Значение цетанового числа 40-55 – это стандарт для дизтоплива. Более качественное топливо имеет показатель от 51 до 55 единиц.
Такое топливо класса Премиум содержит фракции, которые позволяют быстро запускать двигатель даже зимой.
В соответствии с ГОСТ 2084-77, марки А-72 и А-76 по моторному методу имеют октановое число 72 и 76 соответственно, а АИ-93 и АИ-95 по исследовательскому методу имеют детонационную стойкость 93 и 95. Будьте внимательны при заправке своего автомобиля. Бензина с маркой АИ-76 быть не может . Для него не применяется исследовательский метод.
Повышения октанового числа возможно несколькими способами:
К сожалению, как выяснил Росстандарт, на заправках из бензина частенько испаряется его качество и октановое число в половине случаев ниже заявленного. Это приводит к проблемам с двигателем машины. По внешнему виду такое топливо трудно отличить от качественного. Лучше найти для себя заправку, качество бензина на которой вам хорошо известно.
О результатах тестов топлива вы узнаете из этого видео:
