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
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:
Многим автолюбителям было бы интересно узнать об октановом числе бензина. Каждый день они заправляют свой автомобиль каким-то определенным бензином, даже не задумываясь, что означает та или иная цифра (92,95 или 80). В данной статье приведем основную информацию, которую должен знать любой уважающий себя владелец транспортного средства.
Наверное, каждый владелец отечественных авто знает на себе, что такое детонация. Так вот данное явление происходит как раз по причине плохого качества бензина. В процессе работы двигателя могут появляться лишние шумы, которые очень надоедают автолюбителям. Происходит это из-за столкновения волн высокого давления, образующихся в процессе неправильной работы мотора.
Важно помнить, что внутрицилиндровое давление нуждается в качественном топливе с высоким октановым числом. Только в этом случае можно будет гарантировать отсутствие самовоспламенения. Конечно, ошибка не исключена и в бак может попасть совершенно не тот вид топлива.
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.
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. Присадка для повышения октанового числа бензина 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: «Октан Плюс» Octane Plus - повышение на 2-2.5 единиц; Lavr Next Octane Plus - повышение до 6 единиц; Astrohim Октан Плюс - повышение на 3-5 единиц. Необходимо использовать бензин лишь с параметрами рекомендованными производителем. В противном случае велика вероятность возникновения самых разных проблем с двигателем.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕЕще несколько лет назад большинство стартеров для грузовых автомобилей, автобусов и тяжелых транспортных средств имели конструкцию с прямым приводом. В настоящее время есть выбор, купить стартер с прямым приводом или редукторный стартер. У каждой кон... Одной из наиболее важных частей при термической обработке металлической детали является закалка или быстрое охлаждение детали для достижения заданных свойств. Нет идеального гасящего средства. У каждого есть свои пр... |
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.
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.
