Какое число определяет детонационную стойкость бензина

Детонационная стойкость бензина

Одним из основных показателей качества автомобильных бензинов является их детонационная стойкость, от которой в наибольшей степени зависят надежность, повышение мощности, экономичность и
продолжительность эксплуатации двигателя автомобиля.

Разработка методов оценки антидетонационных свойств бензинов началась в 1918—1919 гг. почти одновременно с изучением явления детонации в двигателях, когда Г. Рикардо создал двигатель с
переменной степенью сжатия и предложил оценивать топливо значением степени сжатия, при котором двигатель развивает максимальную мощность. Этот показатель был назван наивысшей полезной степенью
сжатия.

Дальнейшие исследования показали несостоятельность метода, так как значение наивысшей полезной степени сжатия не только не оставалось постоянным при переходе на другой двигатель, но изменялось
даже при работе на одном и том же двигателе в зависимости от условий окружающей среды.

Позже был разработан метод оценки детонационной стойкости топлива с помощью топливных эквивалентов, основанный на сравнении антидетонационных качеств испытуемого топлива с антидетонационными свойствами некоторых определенных видов топлива, принятых за эталон. В качестве эталонных видов топлива выбирались два: одно из которых детонирует слабо, а другое — сильно, с
таким расчетом, что все виды топлива, подлежащие испытанию, по своей склонности к детонации находились между выбранными эталонами. За величину, характеризующую антидетонационные качества топлива, было принято процентное содержание слабодетонирующего топлива в эталонной смеси, эквивалентной по детонационной стойкости исследуемому образцу.

Введение сравнительной оценки антидетонационных свойств бензина дало возможность оценивать эти качества с помощью некоторой условной единицы, а также контролировать антидетонационные
качества топлива на специальных одноцилиндровых моторных установках, что существенно упростило испытания. Сравнительные испытания проводили на разнообразных установках (двигателях) и при различных режимах работы. В качестве эталонных топлив применяли бензол, толуол, спирт, которые смешивали с каким-либо легко-детонирующим бензином.

Однако такие эталоны не позволяли получать удовлетворительные результаты, так как условия работы двигателя на бензоле, толуоле и спирте значительно отличаются от условий работы на товарных бензинах. Кроме того, при использовании в качестве легко-детонирующего эталона промышленного бензина невозможно повсеместно обеспечить строгое постоянство его антидетонационных качеств. Накопленный опыт показал, что относительное расположение топливо по антидетонационным свойствам не является постоянным, а зависит в значительной степени от режима работы испытательной установки, метод сравнения топлива с эталоном, состава сравниваемых видов топлива и т. д.

В связи с этим возникла необходимость установить единую единицу измерения, оценивающую антидетонационные качества топлив, а также разработать единообразные условия испытания.

В качестве эталонного топлива стали применять химически чистые углеводороды — сильно детонирующий нормальный гептан и слабо детонирующий изооктан (2,2,4-триметилпентан) и их смеси, удовлетворяющие основным требованиям к эталонному топливу:

• постоянный состав и возможность получения идентичного качества;
• длительный срок хранения;
• антидетонационные свойства, охватывающие весь диапазон бензинов;
• близость условий сгорания в двигателе к условиям сгорания товарных бензинов.

В качестве показателя антидетонационных свойств бензинов, получившего название «октановое число», было принято содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, которая эквивалентна по своим
антидетонационным качествам испытуемому топливу.

Октановое число химически чистого нормального гептана принято за 0, а октановое число химическичистого изооктана — за 100. Составляя смеси изооктана с нормальным гептаном в объемных процентах, можно получить эталонные смеси с детонационной стойкостью от 0 до 100 единиц.

Из-за трудности подбора эталонного топлива, идентичного испытуемому, ограничились подбором двух эталонных смесей с таким расчетом, чтобы испытуемое топливо по своей детонационной стойкости лежало между ними. При условии, что детонационная стойкость подобранных смесей близка, эквивалентная смесь может быть найдена расчетом, исходя из пропорциональности между изменением октанового
числа эталонов и показаниями прибора, регистрирующего детонацию.

Применение такой методики вызвало необходимость измерения интенсивности детонации. Основное требование, предъявленное к способу оценки интенсивности детонации при сравнении топлив, заключается в простоте измерения и получения отсчета непосредственно во время испытаний. Как известно, работа двигателя с детонацией сопровождается появлением стука, а также резким повышением давления в конце сгорания. Именно эти явления были использованы для измерения интенсивности детонации.

Детонационную стойкость автомобильных бензинов определяют на одноцилиндровых установках УИТ-85 (УИТ-65) отечественного производства и установках фирмы «Вокеша» (США).

Появившиеся в последнее время в России различные «октанометры» отечественного и зарубежного производства, работающие на принципах измерения диэлектрической проницаемости, углеводородного
состава и др., не имеют ничего общего с моторными установками, на которых определяют октановые числа бензинов.

В технологических процессах на нефтеперерабатывающих заводах целесообразно использовать различные индикаторы косвенной оценки детонационной стойкости компонентов, но определение октановых чисел товарных бензинов следует определять только на моторных установках. Длительное время показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов было октановое число, определяемое по моторному методу. Однако на практике было установлено, что октановое число по моторному методу коррелирует с детонационными требованиями полноразмерных двигателей при работе на максимальных мощностях и напряженном тепловом режиме и недостаточно полно отражает всю характеристику детонационной стойкости авто-бензинов в условиях эксплуатации. В связи с этим был разработан исследовательский метод определения октановых чисел, который характеризует детонационную стойкость автомобильных бензинов в условиях работы двигателя на частичной нагрузке и меньшей тепловой напряженности (движение по городу).

Разница между октановыми числами по исследовательскому методу и моторному методу одного и того же бензина называется чувствительностью. Чем меньше чувствительность, тем лучше антидетонационные свойства бензина. Например, один бензин АИ-95 имеет октановое число по исследовательскому методу (и. м.) 95 ед., а по моторному методу (м. м.) — 86 ед., а второй бензин — 95,6 ед. по и. м. и 85 ед. по м. м. Чувствительность в первом случае меньше и, следовательно, антидетонационные свойства его лучше.

Даже если бензин имеет соответствующие стандарту или техническим условиям значения октановых чисел по моторному и исследовательскому методам, есть вероятность того, что антидетонационная характеристика бензина не в полной мере отвечает требованиям двигателя. Соответствие качества бензина и требований двигателя оценивается сопоставлением фактических октановых чисел при стендовых испытаниях двигателя на установившихся режимах и дорожных октановых чисел на режимах разгона автомобиля с требованиями двигателей к октановым числам на этих режимах.

Методы оценки этих показателей соответствия регламентированы стандартом и введены в комплекс методов квалификационной оценки.
Повышение детонационной стойкости бензина также уменьшает вероятность самопроизвольного воспламенения рабочей смеси. Источниками воспламенения могут служить перегретые выпускные клапаны, свечи, кромки прокладок, тлеющие частицы нагара и т. п. Это явление, нарушающее нормальный процесс сгорания, получило название калильного зажигания. Наиболее опасно преждевременное воспламенение (до момента подачи искры), так как оно приводит к снижению мощности, ухудшению экономичности, повышению риска возникновения детонации.

Вероятность возникновения преждевременного воспламенения зависит от склонности топлива к образованию нагара в камере сгорания двигателя и свойств образующегося нагара. При сгорании бензинов, содержащих металлоорганические антидетонаторы и большое количество ароматических углеводородов, вероятность появления калильного зажигания и преждевременного воспламенения очень высока.
Некоторые автолюбители для повышения октанового числа бензина добавляют в него нафталин. Действительно, имеются зарубежные патенты, в которых описано использование во впускной системе двигателя «патронов» с нафталином для борьбы с детонацией при разгонах и на высоких скоростях движения автомобиля.

Подавлять детонацию в двигателе можно с помощью впрыска воды. Подача воды в двигатель как способ предотвращения возникновения детонации является одним из наиболее известных и доступных
направлений. Механизм действия воды на процессы смесеобразования и рабочий процесс двигателя достаточно известен и изучен. Он связан прежде всего с охлаждением заряда рабочей смеси и деталей цилиндрово-поршневой группы, и таким образом вода понижает требования двигателя к октановому числу применяемого бензина. Вода не участвует непосредственно в процессе сгорания, но она имеет высокую теплоту испарения 530 ккал/кг, а бензин — 80 ккал/кг, и ее пары, обладая большой теплоемкостью, оказывают существенное влияние на скорость сгорания рабочей смеси, температуру и давление рабочего цикла.

Антидетонационный эффект воды проявляется в результате охлаждения заряда рабочей смеси, цилиндра и его деталей (снижение теплонапряженности двигателя) и действия водяного пара как инертной
среды на рабочий процесс в двигателе. Добавка воды к бензину снижает тепловые нагрузки двигателя, повышает коэффициент наполнения и снижает содержание окислов азота в отработавших газах.
Введение воды в количестве 10% от расхода топлива снижает требования двигателя к октановому числу бензина на 2—3 ед. Реализация подачи воды во впускной трубопровод с технической точки зрения не представляет особых трудностей, и автолюбители для подобных целей используют различные простейшие устройства. Например, подача пара из радиатора. Однако следует иметь в виду, что добавление воды
к бензину дает эффект только в том случае, если двигатель автомобиля не доработан по тепловому режиму (слишком теплонапряжен), как это было на поршневых самолетах и автомобиле «Запорожец».
Добавка воды к бензину, применяемому на современных автомобилях, только ухудшает их топливную экономичность.

Детонационная стойкость бензина — это что такое?

Показателем, показывающим соотношение различных составных частей в рассматриваемом товаре является детонационная стойкость бензина. Об этом рассказано в данной статье.

Понятие о детонации

Последняя возникает при самовоспламенении бензовоздушной смеси в той части, которая в наибольшей степени удалена от свечи зажигания. Ее горение носит взрывоопасный характер.

Оптимальные условия для ее протекания складываются в части камеры сгорания, в которой наблюдаются повышенная температура и большая экспозиция нахождения смеси.

Детонацию можно определить по характерным металлическим стукам, которые образуются из-за отражения ударных волн от стенок камеры сгорания и обусловленной этим вибрации цилиндров.

Детонационное сгорание бензина может наступить с большей вероятностью в случае наличия в камере сгорания нагара, а также при ухудшении состояния двигателя. Данное явление приводит к уменьшению его мощности, снижению экономических показателей, а также токсикологических показателей отработавших газов.

Свойства бензинов, обуславливающие возникновение детонации

К таковым относятся: фракционный состав, содержание серы, стабильность с физической и химической точек зрения, строение углеводородов и др.

Наибольшая детонационная стойкость характерна для ароматических углеводородов, а наименьшая — для нормальных парафиновых. Другие из них, входящие в состав бензина, занимают промежуточное положение.

Производят оценку детонационной стойкости бензина октановым числом.

Способы предотвращения детонации

Она должна предотвращаться в момент эксплуатации двигателя, тогда когда осуществляется движение автомобиля, в связи с чем возникает необходимость принятия срочных мер с целью предотвращения повреждения двигателя в наибольшей степени. Помимо этого, усилия конструкторов должны быть направлены на разработку последнего с комплексным противодействием рассматриваемому явлению.

Одним из основных способов предотвращения потенциальной детонации является выпуск бензина с детонационной стойкостью достаточно высокой.

Определение октанового числа

Выше мы определились с тем, какое число определяет детонационную стойкость бензина. Октановое число (ОЧ) определяют при помощи одноцилиндрового оборудования с динамичной степенью сжатия, применяя исследовательский или моторный методы. При его определении производится сжигание исследуемого бензина и эталонного топлива с известной искомой величиной. В состав последнего входят гептан с ОЧ=0 и изооктан с ОЧ=100.

При испытании в данное оборудование заливается бензин. При осуществлении исследований постепенно наращивается степень сжатия до тех пор, пока не появится детонация, после чего двигатель заправляется эталонным топливом с предварительным измерением детонации и фиксации степени сжатия, приведшей к ней. По объемному содержанию изооктана в смеси определяют ОЧ.

В наименовании марки бензина может присутствовать буква «И». Это свидетельствует о том, что ОЧ определялось исследовательским методом. В случае ее отсутствия использовался моторный метод. ОЧ, полученные по разным методам, несколько различаются по значениям. Поэтому октановое число для детонационной стойкости бензина должно обязательно сопровождаться указанием метода, по которому была определена его величина.

Последняя величина определяется при моторном методе при номинальных нагрузках, а при исследовательском — при неустановившихся режимах.

Помимо этих двух методов для определения ОЧ может использоваться дорожный метод. В разогретый двигатель подают смеси, в состав которых входят нормальный гептан и изооктан. Автомобиль разгоняют до максимально возможной скорости при прямой передаче и регулируют угол опережения зажигания до тех пор, пока не исчезнет детонация. После чего по этому же методу определяют установку зажигания, при которой стартует детонация. Строят базовую кривую в зависимости от градуса угла поворота коленвала, по которой и определяют ОЧ.

С целью повышения ОЧ прямогонных бензинов они подвергаются каталитическому риформингу. Насколько они возрастут, определяется жесткостью данных режимов.

Бензины термических процессов по детонационной стойкости превосходят прямогонные.

Понятие о повышении детонационной стойкости

Описанное выше свидетельствует о том, что последнюю необходимо повышать с целью продления срока службы двигателя.

Для повышения детонационной стойкости бензина используют специальные антидетонационные добавки. Октановое число увеличивается при повышении молярной массы углеводородов и степени разветвленности углеродной цепи, а также при превращении алканов в алкены, нафтены и ароматические углеводороды, имеющие одно и то же число углеродных атомов.

Способы повышения рассматриваемого показателя. Характеристика этиловых бензинов

Существуют следующие способы повышения детонационной стойкости бензинов:

• ввод высокооктановых компонентов;
• подбор сырья и технологии переработки;
• введение антидетонаторов.

До недавнего времени основным из последних был тетраэтилсвинец (ТЭС), представляющий собой яд в виде жидкости, нерастворимый в воде, но легко растворимый в нефтепродуктах.

Однако свинец как продукт сгорания накапливается в камере сгорания, что увеличивает сжатие двигателя. Поэтому вместе с ТЭС в бензин добавляют выносители данного элемента, которые образуют летучие вещества при сгорании, удаляемые с отработавшими газами.

В качестве последних веществ могут использоваться таковые с содержанием таких галогенов как бром или хлор. Смесь выносителя с ТЭС носит название этиловой жидкости. Бензины, в которых она используется, называются этилированными. Они очень ядовиты, их использование должно сопровождаться использованием повышенных мер безопасности.

Со временем стали вводиться новые требования к экологичности двигателей, что обусловило переход на неэтилированные бензины.

Характеристика более безопасных антидетонационных добавок

Неэтилированные бензины потребовали изменить технологию производства данного товара и применть антидетонационные добавки, которые отличались бы пониженной токсичностью.

Детонационная стойкость бензина оценивается, в том числе, и по использованию в последнем нетоксиных антидетонаторов. Эффективность на уровне ТЭС показывают марганцевые вещества, которые представляют собой неядовитые жидкости. Однако они нашли ограниченное применение, поскольку снижают долговечность двигателя.

Перспективной считается добавка метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) с физико-химическими свойствами, близкими к бензину. При его добавлении в количестве 10% к топливу октановое число возрастает на 5-6 единиц.

Для высокооктановых бензинов используют органическое вещество под названием кумол.

Помимо этого, используются высокооктановые добавки на базе одноатомных спиртов и изобутилена.

Наибольшее распространение в производстве чистого бензина нашли эфиры.

Также применяются железосодержащие органические соединения, присадки на основе марганцевой органики, на базе N-метил-анилина, депарафинизированный рафинат

Помимо этого, в бензинах вместо ТЭС может использоваться тетраметилсвинец (ТМС), который лучше испаряется и более равномерно распределяется по цилиндрам.

Из практики использования ТЭС

Автомобилисты, имеющие значительный стаж вождения, знакомы с «красными свечами». Окраска свечей в данный цвет происходила тогда, когда в низкооктановый бензин подливали вместо ТЭС с выносителями чистый антидетонатор. Это приводило к освинцовыванию данных устройств. После этого отремонтировать и восстановить свечи уже невозможно. Таким образом, детонационная стойкость бензина характеризуется не бездумным, а правильным применением специально предназначенных для этого антидетонаторов.

Этилированные бензины способствуют меньшему износу кулачков на распредвалах, по сравнению с использованием бензинов без ТЭС. Предполагают, что продукты, образующиеся в результате сгорания, попадали через масло на поверхность, что защищало ее от износа. Последний уменьшался и по отношению к другим деталям двигателя при использовании этилированных бензинов.

Другие присадки для топлива

Для торможения окислительных реакций в бензины вводят антиокислительные присадки, которые могут быть древесносмольными, представляющими собой смесь фенолов с маслами, параоксифениламин и ФЧ-16, представляющий собой смесь фенолов.

Для предотвращения обледенения карбюратора применяют антиобледенительные присадки. В качестве них используют соединения, растворяющие воду и образующие низкозамерзающие смеси с ней, а также образующие оболочку на ледяных частицах, препятствующие росту и оседанию их на карбюраторных стенках.

Для удаления отложений могут использоваться различные моющие присадки.

Факторы, влияющие на рассматриваемый показатель

Детонационная стойкость бензина оценивается не только по октановому числу. На нее оказывают влияние различные факторы.

Детонация усиливается при повышении степени сжатия двигателя, увеличении диаметра цилиндра, использовании поршней и головок из чугуна. Эти факторы относятся к конструктивным.

К эксплуатационным свойствам, усиливающим детонацию, относятся увеличение нагрузки двигателя при константной частоте вращения коленвала, либо уменьшение частоты вращения при константной нагрузке при увеличении угла опережения зажигания, уменьшении влажности воздуха, увеличении слоя нагара в камере сгорания и температуры сгорания охлаждающей жидкости.

Помимо этого, детонация обусловлена влиянием физических и химических факторов. Последние обусловлены тем, что топливо способно образовывать перекисные соединения, которые, при достижении определенной концентрации, способствуют образованию данного явления. Распад данных соединений протекает достаточно быстро, при этом выделяется теплота и образуется «холодное» пламя, которое, при распространении, насыщает смесь продуктами распадами перекисных веществ. В них содержатся активные центры, благодаря которым возникает фронт горячего пламени.

Основным физическим фактором является степень сжатия двигателя. От него прямо пропорционально зависит давление и температура в камере сгорания. При достижении критических значений порция рабочей смеси воспламеняется и сгорает со скоростью взрыва.

Детонационная стойкость различных типов двигателей

Высокая детонационная стойкость автомобильного бензина характерна для легкотопливных двигателей. Она обеспечивает нормальное сгорание данных видов топлива в различных режимах эксплуатации двигателя. Процесс возникновения детонации в данном случае был рассмотрен выше.

Для обеспечения нормального рабочего цикла в дизельных двигателях, которые работают за счет самовоспламенения от сжатия рабочей смеси, детонационная стойкость топлива должна быть низкой. Для данных двигателей используется такая характеристика, как «цетановое число», которая показывает период времени от попадания топлива в цилиндр до начала осуществления его горения. Чем оно выше, тем меньше задержка, тем более спокойно осуществляется горение топливной смеси.

Сортность бензинов

Помимо детонационной стойкости бензина для авиационных видов данного топлива применяется понятие сортности. Она демонстрирует, насколько изменяется мощность при работе одноцилиндрового двигателя на обогащенной смеси на исследуемом топливе, по сравнению с мощностью, развиваемой этим же двигателем на изооктане, мощность которого принята за 100 единиц сортности или 100%.

В заключение

Детонационная стойкость бензина — это параметр, с помощью которого происходит характеристика способности данного вида топлива противостоять при сжатии самовоспламенению. Он относится к важнейшим характеристикам любого топлива, в том числе, и для рассматриваемого вида. Для легкотопливных двигателей ее определяют через октановое число. С целью повышения данного показателя применяют высокооктановые присадки, вводят антидетонаторы, подбирают сырье и разрабатывают технологии его переработки.

Статьи

Автомобильные и авиационные бензины (Детонационная стойкость)

Детонационная стойкость

Этот показатель характеризует способность автомобильных и авиационных бензинов противостоять самовоспламенению при сжатии.

Высокая детонационная стойкость топлив обеспечивает их нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя. Процесс горения топлива в двигателе носит радикальный характер. При сжатии рабочей смеси температура и давление повышаются и начинается окисление углеводородов, которое интенсифицируется после воспламенения смеси. Если углеводороды несгоревшей части топлива обладают недостаточной стойкостью к окислению, начинается интенсивное накапливание перекисных соединений происходит тепловой взрыв, который вызывает самовоспламенение топлива. Самовоспламенение части рабочей смеси перед фронтом пламени приводит к взрывному горению оставшейся части топлива, к так называемому детонационному сгоранию. Детонация вызывает перегрев, повышенный износ или даже местные разрушения двигателя и сопровождается резким характерным звуком, падением мощности, увеличением дымности выхлопа. На возникновение детонации оказывает влияние состав применяемого бензина и конструктивные особенности двигателя.

Показателем детонационной стойкости автомобильных и авиационных бензинов является октановое число, показывающее содержание изооктана (в % объемных) в смеси с н-гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалента топливу, испытуемому в автомобильных и авиационных бензинов и их компонентов определяют на одноцилиндровых моторных установках УИТ-85 или УИТ-65. Склонность исследуемого топлива к детонации оценивается сравнением его с эталонным топливом, детонационная стойкость двумя методами: моторным (по ГОСТ 511-82) и исследовательским (по ГОСТ 8226-82).

Методы отличаются условиями проведения испытаний. Испытания по моторному методу проводят при более напряженном режиме работы одноцилиндровой установки, чем по исследовательскому. Поэтому октановое число, определенное моторным методом, обычно ниже октанового числа, определенного исследовательским методом. Октановое число, полученное моторным методом в большей степени характеризует детонационную стойкость топлива при эксплуатации автомобиля в условиях повышенного теплового форсированного режима, октановое число, полученное исследовательским методом, больше характеризует бензин при работе на частичных нагрузках в условиях городской езды. Разницу между октановыми числами бензина, определенными двумя методами, называют чувствительностью бензина. Наибольшей чувствительностью (9-12 ед.) отличаются бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, содержащие непредельные и ароматические углеводороды. Менее чувствительны (1-12 ед.) к режиму работы двигателя алкилбензин и прямогонные бензины, состоящие из парафиновых и изопарафиновых углеводородов. Для авиационных бензинов нормируется октановое число, определенное только моторным методом, для автомобильных бензинов, за исключением А-76, определяются и нормируются октановые числа, определенные двумя методами.

Важным показателем детонационной стойкости авиационных бензинов является сортность на богатой смеси, которую определяют при испытании на стандартной одноцилиндровой моторной установке ИТ9-1 (ГОСТ 3338-68). Сортность топлива численно равна сортности такого эталонного топлива, которое при испытании на одноцилиндровом двигателе в стандартных условиях на режиме начальной детонации имеет одинаковое с испытуемым топливом значение среднего индикаторного давления. Чем выше сортность топлива, тем выше его детонационная стойкость на богатой смеси в условиях работы авиационного двигателя. При маркировке авиационных бензинов в числители дроби указывается октановое число по моторному методу, а в знаменатели — сортность на богатой смеси.

Требования к детонационной стойкости бензинов зависят от конструктивных особенностей двигателя, определяющими среди которых являются степень сжатия и диаметр цилиндра. Так как увеличение степени сжатия позволяет повысить эксплуатационные показатели и экономичность работы двигателя, оно является определяющим в развитии автомобилестроения. Таким образом, прогресс в автомобилестроении приводит к постоянному повышению требований к детонационной стойкости применяемых бензинов.

Детонационная стойкость автомобильных и авиационных бензинов определяется их углеводородным составом. Наибольшей детонационной стойкостью обладают ароматические углеводороды. Самая низкая детонационная стойкость у парафиновых углеводородов нормального строения, причем она уменьшается с увеличением их молекулярной массы. Изопарафины и олефиновые углеводороды обладают более высокими антидетонационными свойствами по сравнению с нормальными парафинами. Увеличение степени разветвленности и снижение молекулярной массы повышает их детонационную стойкость. По детонационной стойкости нафтены превосходят парафиновые углеводороды, но уступают ароматическим углеводородам. Наибольшую чувствительность — разность между октановыми числами по исследовательскому и моторному методами — имеют олефиновые углеводороды. Чувствительность ароматических углеводородов несколько ниже. Для парафиновых углеводородов эта разница очень мала, а высокомолекулярные низкооктановые парафиновые углеводороды имеют отрицательную чувствительность.

Антидетонационные свойства бензинов, получаемых различными технологическими процессами, определяются входящими в их состав углеводородами. Самую низкую детонационную стойкость имеют бензины прямой перегонки, состоящие, в основном, из парафиновых углеводородов нормального строения, причем она снижается с повышением температуры конца кипения. Октановые числа, определяемые по моторному методу, прямогонных фракций, выкипающих до 180С, обычно составляют 40-50 ед. Детонационная стойкость фракций с температурой начала кипения 85С несколько выше — 65-70 ед. Исключение составляют прямогонные бензины, получаемые из нефтей нафтенового основания (сахалинские, азербайджанские и др.), их октановые числа достигают 71-73 ед. Однако ресурсы этих нефтей весьма ограничены.

Для повышения октановых чисел прямогонных бензинов их подвергают каталитическому риформингу.

Октановые числа бензинов каталитического риформинга зависят от жесткости режима процесса. При жестком режиме они достигают ОЧИ = 95:99 (исследовательский метод) и ОЧМ = 86:90 (моторный метод), при мягком режиме соответственно 83-85 74-79.

Бензины термических процессов (кренинга, коксования) содержит до 60% олефиновых углеводородов и по детонационной стойкости превосходят прямогонные бензины: ОЧИ = 68:75, ОЧМ = 62:69. Бензины каталитического крекинга помимо олефиновых углеводородов содержат ароматические и изопарафиновые углеводороды. Их детонационная стойкость выше, чем бензинов, получаемых термическими процессами.

Для повышения октановых чисел товарных бензинов используют также специальные антидетонационные присадки и высокооктановые компоненты.

С точки зрения эксплуатационных свойств получаемых бензинов технологический путь является более предпочтительным. Для строительства новых технологических установок с целью получения высокооктановых бензинов и компонентов требуются значительные капитальные затраты. Учитывая постоянно возрастающие требования к уровню детонационной стойкости товарных бензинов, размеры необходимых вложений также увеличиваются.

Самым дешевым и до недавнего времени наиболее распространенным способом повышения детонационной стойкости товарных бензинов было добавление к ним алкилсвинцовых антидетонаторов, в частности тетраэтил-или тетраметилсвинца в виде этиловой жидкости. Бензины. в которые добавлена этиловая жидкость, называют этиловая жидкость, называют этилированными. Во все авиационные бензины для достижения требуемого уровня детонационной стойкости добавляется этиловая жидкость. При высоких температурах в камере сгорания тетраалкилсвинец разлагается с образованием алкильных радикалов и свинца, который далее окисляется с образованием диоксида свинца. Последний вступает в реакцию с гидроперекисями, разрушая их с образованием малоактивных продуктов окисления и оксида свинца.

Оксид свинца подвергается окислению с образованием активного диоксида свинца, который вновь вступает в реакцию с гидроперекисями, прерывая радикальный процесс окисления и тем самым предотвращая детонацию.

Тетраэтилсвинец (ТЭС) более распространен, чем тетраметилсвинец. Последний более эффективен при применении в высокоароматизированных, высокооктановых бензинах, но не может использоваться при производстве авиационных бензинов, так как не обеспечивает необходимый уровень сортности на богатой смеси. В России производится только тетраэтилсвиней.

Алкилсвинцовые антидетонаторы в разной степени повышают октановые числа различных углеводородов. Способность бензинов к повышению детонационной стойкости при добавлении антидетонаторов называют приемистостью. Наибольшую приемистость к тетраэтилсвинцу имеют парафиновые углеводороды и содержащие их прямогонные бензины и алкилбензин. Меньшей приемистостью к ТЭС обладают ароматические и олефиновые углеводороды и содержание их бензины каталического риформинга и крекинга. Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение. Приемистость к ТЭС для различных бензинов снижается при увеличении содержания в них сернистых соединений, особенно меркаптанов и дисульфидов.

При работе двигателя на этилированном бензине в камере сгорания образуется оксид свинца, имеющий высокую температуру плавления (880С). Накопление оксида свинца на электродах свечей зажигания, днищах поршней и стенках камеры сгорания отрицательно влияет на работу двигателя, значительно сокращая его ресурс. Для предотвращения отложения оксида свинца в камере сгорания ТЭС применяют в виде этиловой жидкости, в состав которой входят органические соединения брома (бромэтан или дибромпропан).Эти соединения при взаимодействии в камере сгорания с оксидом свинца образуют бромид свинца, имеющий более низкую температуру плавления, который выносится из камеры сгорания вместе с отработавшими газами. В зависимости от применяемого выносителя этиловая жидкость вырабатывается двух марк: Р-9 с бромистым этилом и П-2 с дибромпропаном. Алкилсвинцовые антидетонаторы так же, как и продукты их сгорания, высоко токсичны, поэтому примерно с 1970 г. четко наметилась тенденция к отказу от их применения при производстве автомобильных бензинов. В ряде стран применение этилированных бензинов запрещено законом. Помимо высокой токсичности применение этилированных бензинов препятствует широкому использованию на автомобилях катализаторов дожига отработавших газов, так как продукты сгорания свинца отравляют катализатор.

В качестве альтернативы алкилсвинцовым антидетонаторам для повышения детонационной стойкости автомобильных бензинов в России допущены и используются при производстве бензинов органические соединения марганца, железа, ароматические амины. Широкое распространение в России и за рубежом при производстве высокооктановых бензинов получил метил-третбутиловый эфир (МТБЭ). МТБЭ имеет октановые числа смешения: 115-135 по исследовательскому методу и 98-110 по моторному.

Октановое число бензина

Октановое число топлива оказывает влияние на большое количество характеристик автомобиля. Этот показатель характеризует степень стойкости вида горючего к самопроизвольному возгоранию — детонации.

Что такое октановое число бензина и на что оно влияет?

Многие не знают, октановое число бензина — что это такое, какое воздействие этот показатель топлива оказывает на функционирование бензинового двигателя внутреннего сгорания.

Показатель является мерой химической устойчивости бензина к самопроизвольному горению. Чем он выше, тем более стойкое топливо к детонированию. Самопроизвольное горение провоцирует повышенный износ мотора и уменьшает его рабочий ресурс.

В процессе функционирования бензинового ДВС в момент осуществления сжатия поршень начинает сжимать топливную смесь. При достижении высокого давления она способна самопроизвольно загораться. Такое явление представляет проблему, если оно происходит до того момента, как свеча подаст искру.

Детонирующая топливно-воздушная смесь провоцирует появление волн высокого давления, сталкивающихся между собой. Такое состояние приводит к прогоранию поршней в цилиндрах двигателя и к повышенному износу всей конструкции.

Для исключения возникновения негативного явления на новых автомобилях устанавливается система предупреждения. Она обеспечивает контроль развития негативных процессов при работе мотора. Такая система состоит из специальных датчиков, регистрирующих характерные для детонации изменения и управляемых компьютерным блоком.

При появлении изменений происходит смена режима работы двигателя, которая препятствует детонации.

Октановое число и степень сжатия

Высокая степень сжатия в двигателе обеспечивает выработку большей мощности при использовании меньшего количества топлива. Это значение представляет собой показатель того, насколько сильно сжимается топливно-воздушная смесь в камере сгорания цилиндра двигателя.

В новых бензиновых ДВС этот показатель достигает значения 10 к 1. Такие автомоторы оснащаются системами прямого впрыска топлива. Если мотор оснащается наддувом, то значение степени сжатия меньше.

Детонационная устойчивость топливной смеси оказывает существенное влияние на работу двигателя.

Высокое сжатие применяется в ДВС спортивных автомобилей. Для моторов спорткаров требуется высокооктановый бензин . Наличие высокого показателя сжатия в цилиндрах требует от топлива большой степени детонационной устойчивости для предупреждения повреждения мотора в процессе работы.

Как закладывается октановое число бензина при производстве?

Нужный показатель детонационной устойчивости топлива достигается при производстве путем смещения баланса между составляющими бензина в ту или иную сторону. Основными составляющими бензина являются изооктан и н-гептан, остальные компоненты не оказывают существенного влияния на показатель.

Изооктан представляет собой практически не взрывоопасное соединение. Он не реагирует на повышение давления и температуры до некоторого предела. Стойкость этого соединения принята за 100 ед.

Н-гептан представляет собой полную противоположность изооктана. Этот компонент топлива практически не обладает стойкостью к повышению давления и температуры. Это соединение способно самодетонировать, по этой причине его стойкость принята за 0 ед.

Смесь основных компонентов в разных соотношениях позволяет регулировать показатель, получая топливо со значениями 80, 92, 95, 98.

Существует топливо с показателем более 100 ед., для его получения к чистому изооктану добавляются разные присадки.

Измерение ОЧИ и ОЧМ

Разработано 2 метода определения ОЧ:

• исследовательский;
• моторный.

Первый метод предусматривает проведение проверки топлива на степень устойчивости к детонации путем умеренной нагрузки на бензиновый ДВС.

Исследования горючего осуществляются на оборудованном стенде. При этом применяется одноцилиндровый ДВС при переменной нагрузке на него и удержании 600 об/мин. Температура воздуха, подаваемого для получения воздушно-топливной смеси, должна составлять +52°C при угле опережения зажигания 13°.

Запуск двигателя проводится на исследуемом горючем. После появления детонационных изменений двигатель переводится на эталонные смеси изооктана с н-гептаном в разном соотношении. После фиксирования возникновения детонации на эталонной смеси испытания прекращаются. Объем изооктана в исследуемом образце бензина представляет собой октановое значение данного вида топлива.

Если в маркировке топлива имеется буква «И», то показатель получен исследовательским методом.

Моторный метод предполагает определение детонационной устойчивости в условиях езды при увеличенной нагрузке на мотор. Количество оборотов при проведении определения должно быть 900 в минуту, а температура воздушно-топливной смеси — +49°C, угол опережения зажигания — переменный.

Сам процесс определения показателя устойчивости топлива является аналогичным тому, который применяется в исследовательском методе.

Использование приборов

Для установления величины содержания изооктана в топливе можно применять специализированный прибор — цифровой октанометр. Устройство является простым и удобным в применении.

Принцип его функционирования основан на проведении сравнения исследуемого бензина с эталонными образцами. Для этого используются диэлектрические особенности топлива при разных соотношениях в нем изооктана и н-гептана.

Эта методика не является сертифицированной на территории России, и по этой причине прибор не может использоваться официально для проведения исследований.

При применении разных методик исследования показатель детонационной устойчивости одного и того же вида топлива может незначительно отличаться.

Влияние бензина с октановым числом выше или ниже рекомендуемого производителем на двигатель

Каждая марка автомобиля должна эксплуатироваться на топливе, предусмотренном заводом-изготовителем. При заправке автомобиля не соответствующим видом бензина следует прислушаться к работе мотора.

Если его функциональность является стабильной, но имеется потеря мощности, то ничего страшного не происходит, требуется удалить весь заправленный бензин и залить в машину топливо с нужным значением стойкости к детонации. В процессе эксплуатации на неподходящем топливе следует избегать динамичной езды, это позволит предупредить появление детонации и перегрузок.

Если при работе мотора на несоответствующем горючем появляются звонкие звуки, которые неопытные автовладельцы путают со стуком клапанов, то эксплуатация автомобиля нежелательна.

Распространение детонационной волны приводит к износу двигателя и может спровоцировать прогорание поршней. Длительная работа двигателя даже в условиях возникновения естественной детонации является недопустимой.

При использовании высокооктанового топлива в двигателе, предназначенном для работы на низкооктановых видах бензина, требуется полная перенастройка системы впуска-выпуска, в некоторых случаях может потребоваться замена комплектующих.

При использовании высокооктанового топлива время взрыва воздушно-топливной смеси является затянутым, что требует перенастройки работы клапанов и системы зажигания. Эксплуатация двигателя в ненастроенном состоянии провоцирует увеличение его износа и потерю мощности, что связано с запозданием сгорания топлива.

Сгорание бензина с разной величиной октанового числа

От значения детонационной стойкости зависит скорость сгорания воздушно-топливной смеси. При высоком значении детонационной стойкости наблюдается более длительное горение смеси.

Горение такого бензина не провоцирует появления ударных нагрузок, а мотор работает равномерно. Такой эффект от горения топлива является причиной того, что все новые автомобили производятся с двигателями, рассчитанными на высокооктановые разновидности топлива.

В чем заключается пагубность детонации для двигателя?

Появление детонации приводит к разрушению элементов кривошипно-шатунного механизма двигателя и прогоранию поршней. Увеличивается степень общего износа двигателя, что снижает ресурс его работы.

Помимо износа двигателя, его рывковые движения способствуют уменьшению рабочего ресурса коробки передач и всей системы передачи крутящего момента на ведущие оси автомобиля.

Повышение и понижение октанового числа бензина

На заправках не реализуется топливо с АИ-76 и АИ-80, но имеется большое количество техники, которая работает с использованием низкооктанового горючего.

При эксплуатации устройств, предназначенных для работы на 76 бензине, на 92 горючем наблюдается неровная функциональность техники. Двигатели на неподходящем бензине либо плохо заводятся, либо сразу глохнут после запуска. По этой причине, прежде чем применять 92 бензин для такой техники, следует снизить его детонационную стойкость до необходимого уровня.

Существует несколько способов осуществления данной процедуры:

• можно оставить канистру с горючим открытой на несколько дней;
• применить в качестве добавки к топливу керосин.

При помощи первого способа можно добиться снижения стойкости к детонации на 0,5 ед. в сутки. Второй способ является более сложным, т. к. трудно подобрать требуемые пропорции.

Применение обоих методов требует первоначального измерения имеющегося значения стойкости к детонированию.

В случае возникновения необходимости увеличения стойкости топлива к детонации к нему добавляются разные присадки, представляющие собой парафиновые и ароматические углеводороды. При этом важно, чтобы компоненты таких присадок имели разветвленную химическую структуру. Чем сильнее запах бензина, тем выше его стойкость. По этой причине не рекомендуется хранение горючего в открытой таре. Такой способ ведет к снижению устойчивости бензина к детонации.

Самые распространенные присадки

Наиболее распространенной присадкой является тетраэтилсвинец, но это соединение считается ядовитым, что связано с наличием в составе присадки свинца.

При производстве бензина отказываются от использования этого типа компонента и переходят на применение новых видов, изготовленных на основе марганца, но такие разновидности добавок приносят вред окружающей среде.

Еще одной новой добавкой к горючему является ферроцен. Она содержит большое количество железа в своем составе. Эксплуатация автомобиля на топливе с такой присадкой ведет к образованию на свечах зажигания трудно выводимого налета, который обладает хорошей токопроводностью.

Свечи на таком автомобиле имеют нагар ярко-красного цвета.

Наличие налета на свечах приводит к снижению эффективности работы мотора и уменьшает сроки эксплуатации свечей зажигания.

Безвредной присадкой к горючему является антидетонационная смесь, изготовленная на основе метил-трет-бутилового эфира. Эта разновидность добавки к бензину распространена на территории России, Украины и Европы.

При применении качественной присадки к топливу можно получить бензин с октановым значением 110. Если в состав горючего добавляется газовый конденсат, то детонационная устойчивость превышает 110 ед.

АИ-92, АИ-95, АИ-98: на что влияют октановые числа бензина

Правильно подобранное топливо может продлить срок службы двигателя и сделать поездки комфортными и безопасными. Но неправильный выбор чреват серьезными проблемами. Чем отличаются разные виды бензина и как выбрать подходящий? Объясняем в новом разборе Mafin Media.

Что такое октановое число и почему это важный показатель

Сама аббревиатура АИ говорит о том, что это топливо для автомобилей. Буква « А » обозначает автотранспорт , а буква « И » — что октановое число этого топлива было проверено в лаборатории исследовательским методом. Цифры, которые стоят после обозначения типа топлива, и указывают на то самое число. Всего на российском рынке представлено четыре вида бензина: АИ-92, АИ-95, АИ-98 и АИ-100. Возможно, где-то в российских глубинках еще можно найти АИ-80, но на автозаправочных станциях Москвы и Санкт-Петербурга такого топлива уже точно нет: современные моторы просто на него не рассчитаны.

Октановое число говорит о стойкости бензина к детонации — процессу взрывного воспламенения рабочей смеси. В цилиндре двигателя внутреннего сгорания находится поршень, который ходит вверх-вниз. Когда он движется к нижней точке, в цилиндр подается топливо и воздух. После этого поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь для ее дальнейшего воспламенения, а искра от автомобильной свечи поджигает сжатую смесь в камере сгорания. После этого поршень идет вниз, создавая инерцию для дальнейшего вращения двигателя. В следующем подъеме поршень выталкивает сгоревшие газы из камеры сгорания. Такт считается завершенным, и процесс повторяется снова.

Октановое число показывает, насколько сильно можно сжать топливно-воздушную смесь, прежде чем произойдет детонация. Если использовать топливо с октановым числом ниже рекомендованного заводом-изготовителем, может произойти ранний взрыв смеси еще в середине такта сжатия . В таком случае поршень встретит сопротивление от взрывной волны, прежде чем дойдет до верхней точки и завершит такт. Это чревато не только тем, что автомобиль начнет ехать хуже, но и ощутимым сокращением срока службы мотора — например, сам поршень со временем начнет разрушаться и плавиться от резких повышений температуры, шатуны (деталь соединяющая поршень и коленчатый вал двигателя) из-за перегрузки могут деформироваться. Одним словом, рано или поздно (скорее, рано) двигатель потребует замены или капремонта .

Принято считать, что чем выше октановое число, тем бензин лучше. Подкрепляется это еще и разными ценами — «сотый» бензин стоит сильно дороже обычного 92-го. Но на деле нет бензина лучше или хуже : октановое число не влияет на качество топлива, а лишь говорит о его детонационной стойкости. И то, какой бензин лучше подходит конкретному мотору, определяется только конструктивными особенностями.

Говорят, что на более дорогом бензине машина едет лучше.

Не совсем. В первые километры после заправки действительно может показаться, что автомобиль поехал быстрее, двигатель стал работать тише, а трава вокруг стала зеленее. Но в большинстве случаев особой разницы не будет, особенно если речь идет об обычном атмосферном моторе. Тут, скорее, работает эффект плацебо и желание хоть как-то оправдать высокую стоимость топлива.

Для машин с большим объемом двигателя (от трех литров) есть смысл заливать бензин с более высоким октановым числом ради небольшой экономии топлива, но она будет заметна только на длинной дистанции и только при условии спокойной езды на низких оборотах. Например, если вам нужно доехать на большом внедорожнике по трассе в соседний город и вы не собираетесь гнать всю дорогу, можно залить топливо с более высоким октановым числом, так как это действительно поможет проехать больше километров на одном баке.

Что будет, если залить «сотый» бензин в «шестерку»

Если вкратце, ничего хорошего. Старые советские моторы были рассчитаны в лучшем случае на бензин с октановым числом 80, а зачастую и того ниже. Высокооктановое топливо попросту не успеет прогореть за отведенное ему время, что приведет к порче клапанов и всей системы выпуска. Кроме того, большая часть топлива будет в прямом смысле улетать в трубу — все, что не успеет сгореть, отправится на выход через выхлопную систему.

Для кого создали АИ-98 и АИ-100

В первую очередь дорогое высокооктановое топливо нужно дорогим высокопроизводительным машинам. Премиальные спорткары рассчитаны на высокие нагрузки, и бензин должен соответствовать требованиям завода. Например, современные двигатели Mercedes потребляют исключительно на АИ-98: использование топлива с более низким октановым числом сделает срок эксплуатации и без того не самого долговечного мотора еще короче. То же самое относится к спорткарам марок Porsche, Lamborghini или Ferrari.

Также специально для АИ-98 и АИ-100 проектировались моторы культовых Subaru Impreza WRX STI и Nissan GT-R. А вот представители более массовых компаний Volvo и Skoda, наоборот, открыто заявляли, что для их автомобилей высокооктановое топливо не подходит и скорее навредит, нежели принесет пользу. Бензин с высоким октановым числом нужен и автомобилям, оснащенным турбиной, о чем завод-изготовитель сообщает на лючке бензобака.

Как же определиться с нужным топливом

Довериться рекомендациям завода-изготовителя. Конечно же, ничего плохого не случится, если в современный мотор залить АИ-98 вместо АИ-95, но и какого-то волшебного эффекта не будет — к сожалению, малолитражка не превратится в мощный спорткар только из-за того, что ее заправят «сотым» бензином. Рекомендованное топливо обычно указано прямо на лючке бензобака, иногда производитель указывает там два варианта — в таком случае в приоритете все равно будет бензин с более высоким октановым числом, но и от езды на низкооктановом топливе двигатель не пострадает. Однако здесь важна еще и географическая особенность АЗС. Так, если вы заправляетесь на частной (не сетевой) заправке, лучше залить бензин с максимально имеющимся октановым числом.