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"
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.
Не воспламеняется при сжатии, тем сильнее можно его сжать. Другими словами, если из топлива нужно выжать больше энергии, то в камере сгорания топливовоздушную смесь нужно сильнее сжать, а от этого она может взрывоподобно самовоспламеняться.
Поэтому для двигателей с высокой степенью сжатия применяются бензины, способные выдерживать большое сжатие, при этом не взрываясь. Достигается это за счет введения в бензин на нефтеперерабатывающих заводах специальных присадок.
Как влияет октановое число топлива на его расход?
Для примера возьмем условный двигатель одного условного современного автомобиля. Степень сжатия топлива в данном двигателе не зависит от вида применяемого топлива, это характеристика, которая связана только с геометрическими параметрами. На расход топлива может влиять лишь энергия топлива, выделяемая при его сгорании. А есть ли отличия в энергии сгорания бензина с октановым числом 95 от энергии сгорания 92-го бензина? Принятая удельная теплота сгорания бензина составляет от 42 до 44 мДж/кг. Если даже предположить, что 42 мДж/кг относится к 92-му бензину, а 44 мДж/кг для 95-го, то все равно прироста мощности даже в 10 % никак не получится.
Для нашего условного двигателя между бензинами разница следующая: в том случае если степень сжатия у двигателя 6 — 8:1, то для его топлива будет вполне хватать октанового числа 76-80 - в цилиндрах не будет детонации, однако если тот же бензин с октановым числом 80 залить в наш условный двигатель, степень сжатия у которого 8 - 9:1, то такой бензин начнет детонировать (самовоспламеняться взрывоподобным образом) раньше, чем искра свечи зажигание подожжет его, а пользы от этого двигатель не получит. При нормальной работе двигателя бензин внутри цилиндра не должен взрываться, он должен «мягко» сгорать. Если же в этот двигатель налить бензин с октановым числом 98, то детонировать он не будет точно, зато вместо этого после поджига он будет медленнее гореть, т. к. рассчитан под большее высокую степень сжатия и поэтому не полностью будет сгорать в камере сгорания. Кстати от этого раньше на старых автомобилях прогорали клапана. В современных двигателях к счастью есть «мозги», позволяющие ему решать самостоятельно, в какой момент поджигать в цилиндре топливо, поэтому в современных автомобилях в обоих случаях топливо будет поджигаться раньше, чем если бы в качестве топлива применялся «родной» 92-95 бензин.
В том случае если применяется бензин с пониженным октановым числом, то это вызывает слишком раннее его сгорание, увеличивается расход, а двигатель откровенно «тупит». В случае применения бензина с повышенным октановым числом из-за увеличенного времени сгорания топлива просто снижается КПД двигателя с потерей его мощности, при этом расход возрастает не критично.
Отвечая на вопрос о влиянии октанового числа на расход можно сказать так: если октановое число ниже расчетного, то расход увеличится, если же выше - то не снизится как минимум. Если двигатель рассчитан под 95-й бензин, то при работе на 92-м его расход увеличится. Если же лить 95-й бензин в двигатель рассчитанный под 92-й, то не будет никаких преимуществ.
Некоторые автопроизводители для привлечения покупателей прибегают к маркетинговым уловкам, заявляя заниженное октановое число в требованиях к применяемому топливу. Поэтому чтобы иметь представление, есть ли смысл заливать более дорогой бензин следует обращать внимание на степень сжатия двигателя.
Определение октанового числа бензина.
Определить примерное октановое число бензина можно с помощью специализированного прибора — октанометром, который имеет погрешность в 5-10 единиц. Проще говоря, без лабораторного исследования проверить качество бензина не представляется возможным.
В лабораторных условиях существует два метода определения октанового числа - исследовательский и моторный. При исследовательском методе производится исследование топлива по отношению к эталонному. При моторном методе применяется специальный одноцилиндровый ДВС со специальной конструкцией головки блока цилиндров, которая позволяет находу изменять степень сжатия.
В США понятие октанового числа заменено так называемым октановым индексом, который представляет из себя среднеарифметическую составляющую октановых чисел, которые получены по исследовательскому и моторному методу для данного вида топлива. В Японии же для обозначения марки бензина используется только исследовательский метод. Именно исследовательский метод используется при декларировании октанового числа бензина и на наших АЗС.
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 — 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.
