Октановое число бензина - важный показатель. От него зависят эксплуатационные свойства топлива, динамические и другие характеристики автомобиля. Под данным понятием подразумевается мера стойкости к детонации (возгоранию) этого типа топлива. Существуют определенные стандарты для различных видов бензина. Различные типы двигателей рассчитаны на использование бензина с определенным октановым числом.
Что такое октановое число?
Октановое число подразумевает стойкость к воспламенению под воздействием сжатия. Данный показатель численно равен количеству изооктана в смеси с другим важным компонентом - н-гептаном. Существуют различные типы октанового числа. Определяются они разными способами:
- исследовательское октановое число;
- моторное октановое число.
Соответственно обозначаются данные показатели как ОЧИ и ОЧМ. Разница между ними представлена как чувствительность топлива. Если необходимо определить показатель в реальных условиях эксплуатации двигателя - используется показатель «фактическое октановое число». Оно определяется на специальном стенде, прямо в работающем двигателе.
Максимально приближено к реальному показателю «дорожное» октановое число. Измерение его осуществляется непосредственно на транспортном средстве. Сам изооктан достаточно проблематично воспламеняется даже при высоком показателе степени сжатия. Величина его октанового числа принята постоянной - она равна 100.
При этом сгорание н-гептана в случае невысоких показателей сжатия сопровождается стуками в двигателе. Величина его октанового числа принята на уровне 0. Для топлива с величиной октанового числа более 100 существует специализированная шкала. В него в зависимости от двигателя и условий эксплуатации добавляется специальный компонент - изооктан. Также может добавляться антидетонатор.
Использование бензина с неподходящим по параметрам двигателю октановым числом приводит к возникновению металлического звона. Появляется он из-за волн давления, создаваемых при чрезмерно быстром сгорании топлива, отражении от стенок поршня/цилиндров.
Повышение октанового числа бензина
Повышение октанового числа бензина возможно разными способами:
- путем сложного технологического процесса;
- добавлением специального антидетонатора.
Наиболее часто используется именно второй способ. Самыми распространенными антидетонаторами являются:
- различные добавки на основе спирта;
- тетраэтилсвинец.
Добавки на основе спирта
Одним из часто ранее применяемых методов является добавление спирта. Причем это мог быть как этиловый, так и метиловый. Например, если к бензину с октановым числом 92 добавить 1/10 часть этилового спирта, то его показатель стойкости к детонации увеличится до 95. Сопутствующим эффектом будет существенное снижение токсичности выхлопа.
Но важно помнить, что увеличение октанового числа таким способом приводит к быстрому возрастанию давления паров. Что может стать причиной возникновения паровых пробок в системе топливопровода.
К тому же спирт очень гигроскопичен. Необходимо применять специальные методы хранения подобного топлива, осуществлять контроль за количеством воды в смеси. Попадание её в двигатель может стать причиной серьезных поломок, необходимости дорогостоящего ремонта.
Тетраэтилсвинец
Данное вещество имеет химическую формулу Pb(C2H5)4. По своим характеристикам он является одним из самых эффективных антидетонаторов. Температура его закипания составляет целых 2000С, имеет высокий показатель вязкости. Начал использоваться в рассматриваемом качестве ещё в 1921 году. Сегодня является наиболее часто используемым. Данное вещество позволяет повысить показатель октанового числа на целых 17 пунктов.
При этом в чистом виде вещество не используется. Так как при сгорании его возникает оксид свинца. В процессе эксплуатации двигателя он оседает почти на всех его внутренних элементах. Как следствие - возникновение нагара на клапанах, поршнях мотора и остальных.
Потому вместе с тетраэтилсвинцом обязательно добавляются специальные вещества, выводящие продукты оксида свинца. Таковыми компонентами являются:
- бромистый этил;
- дибромпропан;
- диромэтан.
Как понизить октановое число бензина
С недавнего времени с заправок исчез бензин с октановым числом 76 и 80. Но при этом большое количество техники, которая ещё на данный момент эксплуатируется, требует для своей нормальной работы именно такое топливо. Особенно часто возникают такие сложности с мотоблоками, выпущенными около 10 лет назад или же более. Приобретать новый - достаточно дорогостоящее мероприятие. Именно поэтому вопрос по поводу снижения октанового числа бензина очень актуален.
При заливке 92-го бензина вместо 80 или даже 76 двигатель обычно работает неровно, либо заводится и сразу глохнет. Потому прежде, чем использовать 92-ой, следует понизить его октановое число до приемлемого в конкретном случае. Существует несколько «народных» способов осуществить данную процедуру в домашних условиях:
- оставить канистру с бензином на открытом воздухе с незакрученной пробкой - каждый день величина октанового числа снижается на 0.5;
- использовать как добавку керосин - данный метод ранее использовался на старых автомобилях (достаточно сложно будет выбрать подходящие пропорции).
При этом прежде, чем использовать такой метод, необходимо будет обязательно измерить величину октанового числа.
Измерение октанового числа бензина
Процесс измерения октанового числа достаточно прост. В свободной продаже не составит найти октанометр - специальный прибор, определяющий величину октанового числа топлива. Важно лишь помнить, что данное устройство работает по принципу измерения диэлетрической проницаемости бензина. Так как имеется пропорциональная зависимость данного показателя от октанового числа. Необходимо будет составить специальную калибровочную зависимость - для определения точной величины.
Построение такой зависимости осуществляется с использованием н-гептана, а также топлива, величина октанового числа которого уже известна. Применяются моторные установки типа УИТ-65 и УИТ-85. Сам принцип измерения основывается на сравнении октановых (цетановых) чисел контрольного образца с образцами других бензинов. Аналогичным образом возможно определить также октановое число дизельного топлива.
Сегодня данный метод стало возможно использовать именно по причине того, что производится бензин путем использования не технологии прямой перегонки, а кампаудирования (смешивания). Хорошо иллюстрирует данный процесс обозначенный ниже рисунок.
Данный способ определения величины октанового числа бензина имеет определенные недостатки, о которых необходимо будет помнить. К таковым сегодня относятся следующие:
- невозможность осуществить анализ бензина неидентифицированного - так как сам процесс анализа производится методом сравнения;
- сложно определить различные внешние факторы на сам процесс измерения.
Сравнение всегда осуществляется на основании данных, которые уже заложены в специальном приборе. Путем использования сложного алгоритма делается вывод о соответствии измеряемого октанового числа с уже присутствующим в памяти прибора. Также невозможно было создать единую модель для бензинов, изготовленных различными способами (крекинг/риформинг/иные), а также разных видов. Для бензинов с разными октановыми числами необходимо изготавливать новые модели приборов.
Имеются следующие ограничения на использование модели рассматриваемого типа:
- осуществляется предварительная калибровка в соответствии с эталонными устройствами;
- температура должна соответствовать определенному диапазону, указанному в спецификации прибора.
Прибор для измерения октанового числа бензина и его приблизительная стоимость
Принцип работы у всех без исключения приборов, измеряющих величину октанового числа, является идентичным. На рынке присутствуют устройства как отечественного, так и зарубежного производства. Наиболее популярным и известным прибором данного типа, изготовленным в РФ, является ОКТИС. Стоимость его составляет порядка 3.5 тыс. рублей.
Более точный и надежный - Digatron. Цена его будет в 2-3 раза выше - порядка 700 евро за штуку. Именно он наиболее широко используется для решения рассматриваемых задач.
Часто применяется в картинге и других видах спорта. Принцип его действия достаточно прост. Производится два измерения - эталонного топлива и другого, чье октановое число необходимо измерить. Далее полученные данные попросту сравниваются.
При этом топлива разных производителей во всех без исключения случаях имеют отличия друг от друга. Соответственно, калибровочная зависимость диэлектрическая проницаемость - октановое число существенно различается. Потому требуется в каждом случае строить индивидуальные калибровки. В качестве стандарта обязательно применяется топливо конкретного производителя. Октановое число обязательно должно быть предварительно измерено на специальной установке.
Такими установками на территории РФ являются:
- УИТ-65;
- УИТ-85.
Одним из самых эффективных приборов для измерения октанового числа является ОКТАН-ИМ. Стоимость его составляет 40.8 тыс. рублей на 2016 год. Данный прибор обладает встроенной памятью и может вмещать в себя порядка 10 различных калибровок. Точность показаний устройства максимально высока. Наиболее сложным по устройству и эффективности является ОКТАНОМЕТР ПЭ-7300 М.
Стоимость его составляет порядка 50 тыс. рублей. Главным его отличием от более дешевых аналогов является наличие специализированного программного обеспечения. Возможно подключение к персональному компьютеру. При осуществлении расчетов можно учесть показатель температурного режима.
Существует определенная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры. Для примера ниже представлена таблица такой зависимости для бензина АИ-98:
Зарубежным дорогостоящим аналогом представленного выше оборудования для измерения октанового числа является SHATOX SX-100M. Стоимость его напрямую от производителя составляет порядка 1800 долларов. Главным и наиболее существенным отличием его от представленных выше устройств является наличие встроенного датчика измерения температуры. В свою очередь ПЭ-7300 определяет данный показатель лишь программно.
Степень сжатия и октановое число бензина: таблица
Сегодня для каждого типа бензина с определенным октановым числом устанавливается фиксированная степень сжатия. Данные показатели являются стандартными. Определены они в каждом случае специально разработанным ГОСТ. Все данные представлены в таблице ниже:
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.
Заключение
Величина октанового числа - важный показатель топлива.
Необходимо использовать бензин лишь с параметрами рекомендованными производителем. В противном случае велика вероятность возникновения самых разных проблем с двигателем.
Вплоть до его поломки и необходимости проведения капитального ремонта, замены клапанов, поршней. Существует несколько различных способов измерения октанового числа бензина. Для этих целей применяются специальные приборы.
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
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.
Начнем с азов
Октановое число - важный показатель качества бензина, характеризующий его антидетонационную стойкость. Детонация - это самопроизвольное, не зависящее от искры на свече зажигания, воспламенение рабочей смеси в цилиндре под воздействием температуры и давления, сопровождающееся ненормально быстрым ее сгоранием. Незначительная и краткая по времени детонация, возникающая, как правило, при резком увеличении нагрузки, особой угрозы не представляет, хоть и проявляется неприятными для слуха стуками и характерным «цоканьем», которое автомобилисты со стажем называют «звоном пальцев».
Под большой нагрузкой детонация может быть сильнее и разрушительнее. Возникающие при этом стуки могут быть «замаскированы» общим шумом двигателя. Длительная детонация чрезвычайно опасна. Она способна в считанные часы (а то и минуты) разрушить двигатель.
В погоне за дополнительной мощностью моторостроители на протяжении всего прошлого века шли самым простым путем - повышали степень сжатия (т. е. соотношение объемов цилиндра при нахождении поршня в нижней и верхней мертвых точках). Более высокое давление сжатой рабочей смеси провоцировало детонацию. Требовался бензин с все большим октановым числом. Если в тридцатые годы прошлого века величайшим достижением считали бензин с октановым числом 76, то теперь не удивляет и 100.
Октановое число топлива определяется на специальном одноцилиндровом двигателе путем сравнения со смесью изооктана (изомера октана 2, 2, 4-триметилпептана) и η-гептана. Октановое число бензина, равное, например, 92, означает, что его детонационная стойкость соответствует стойкости смеси из 92 частей изооктана и 8 - η-гептана. Хотя оба вещества и входят обычно в состав бензина, октановое число не означает, что бензин состоит только из них. Это куда более сложный «коктейль», точный рецепт которого зачастую не знают даже сами его производители. Когда американец Рассел Маркер из корпорации Ethyl разрабатывал в 1926 году методику определения октанового числа, он выбрал η-гептан в качестве нулевого эталона только по одной причине: конкретный изомер углеводородного соединения высокой чистоты из нефти не получить, а η-гептан можно произвести из сосновой смолы.
Если с октановым числом в принципе все понятно, начнем все запутывать. Октановые числа (а их как минимум два) - не единственные единицы измерения антидетонационной стойкости. Даже на одном и том же моторном стенде с помощью двух разных методик определяются два показателя.
Исследовательский метод ASTM дает нам, соответственно, исследовательское октановое число или, правильнее, октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ). Помните буковку «и» в маркировке наших старых бензинов?
В ходе испытания одноцилиндровый двигатель с принудительно изменяемой степенью сжатия работает в контролируемых условиях с минимальной нагрузкой.
Для определения октанового числа по моторному методу (МОЧ) подаваемая в тот же двигатель рабочая смесь предварительно подогревается, обороты коленвала увеличиваются, меняются регулировки момента опережения зажигания. Таким образом, бензин подвергается более жесткому и близкому к реальной эксплуатации испытанию. Обычно ИОЧ топлива на 8–10 единиц больше его МОЧ. Это соотношение стоит запомнить, оно может пригодиться для практических расчетов.
Общего, стандартного способа обозначения детонационной стойкости бензина в мире не существует. В Европе и Австралии используют исследовательский метод. У нас в стране до недавнего времени ходили оба, о чем свидетельствовала упомянутая буква «и» (или ее отсутствие -
свидетельство использования моторного метода). В Новой Зеландии, соседке Австралии, больше оперируют МОЧ. Даже исследование проводили о снижении его минимума с 82 до 81 единицы. А вот Северная Америка идет своим путем. Там используют совсем другие названия, к счастью, обозначающие один и тот же параметр. В ходу здесь антидетонационный коэффициент AKI - Anti-Knock Index, дорожное октановое число RdON - Road Octane Number (не путать с RON - Research ON - 0Ч по исследовательскому методу), насосное октановое число PON - Pump Octane Number или просто (R+M)/2. Последнее обозначение объясняет суть всех предыдущих. В США и Канаде указывается среднее арифметическое окатновых чисел, полученных по двум разным методикам, то есть
AKI=ИОЧ+МОЧ/2. AKI на 4–5 единиц меньше, чем ИОЧ
(RON). Эти цифры тоже могут пригодиться.
Маленькая экскурсия
Если все вышеупомянутое вам понятно, придется усложнить ситуацию. Очень часто продавцы топлива вместо октанового числа указывают сорт бензина. При этом в разных странах за одними и теми же словами скрываются разные цифры. Более того, единообразия нет даже в отдельных штатах, образующих США.
Начнем от родной печки. У нас бензин А-92 уже подается как Regular, А-95 как Premium и А-98 - как Super. Еще не исчез А-76, замаскированный под А-80, но скорый запрет оставил «старичка» без названия.Данные по некоторым другим странам приведены в сводной таблице. Сразу ее прокомментируем.
Горные штаты США ничем не отличаются от других горных районов мира. Высота над уровнем моря здесь больше, воздух разреженнее. Как ни старайся, без наддува давление в цилиндре как в начале такта сжатия, так и в его конце будет ниже, чем на равнине. Следовательно, и бензин здесь может обладать пониженной стойкостью к детонации. Помните об этом, собираясь надолго спуститься с гор. Чуть пониженные требования к ОЧ в Калифорнии объясняются просто: надо подтолкнуть жителей самого богатого штата к покупке имеющегося в избытке «сотого». Ferrari и Porsche скажут «спасибо». И нефтетрейдеры тоже. В ряде стран Европы 95-й уже давно считается «стандартным» или «регулярным». Хуже не делают.
Зато в некоторых странах третьего мира с Regular и Standard возможны осложнения: они могут быть схожи с нашим А-76 (80). Приведенные здесь сведения помимо познавательного имеют и прикладное значение. Зная страну происхождения купленной иномарки, ее владелец сможет определить, каким бензином надо потчевать свою стальную лошадку. Ведь абсолютное большинство машин, кроме спортивных, представительских и тюнинговых, как правило, довольствуется сортом Regular/Standard без указания в мануале реального октанового числа. Полезны эти цифры и сервисменам, как помогающие определить, каким путем устранять, например, «тупость» машины. Просто перейти на бензин с большим О4 или менять дорогостоящий блок управления двигателем. К месту, специально для механиков, отметим, что сильной детонацией (и от сильной детонации) больше страдают карбюраторные двигатели. На впрысковых обычно имеется датчик детонации в виде миниатюрного пьезоэлектрического микрофона, по сигналу которого электронные мозги делают зажигание более поздним, снижая детонацию. Двигатель страдает меньше, больше страдает владелец машины. Из-за ухудшившейся динамики и роста расходов на топливо.
Вернемся к теме
Как вся эта путаница связана с машиной нашего коллеги? Его Mitsubishi прибыл к нам из Штатов. Обращаемся к таблице. И как «японка», и как «американка» машина должна радоваться нашему 92-му. И переход на 95-й ни динамики, ни экономичности ей не добавит.
Наиболее вероятно, что наш коллега неосознанно выдавал желаемое за действительное. Ему стоит установить бортовой компьютер или хотя бы позаправляться под пробку на одной и той же колонке недельку-другую, регулярно записывая данные расхода и пробега. Затем повторить замеры на другом сорте топлива. Правда, с учетом городских пробок результат все равно получится очень приблизительным.
Если экономия все-таки подтвердится, возможно несколько вариантов ее возникновения.
Первый и самый простой. Определенная часть машин в силу суммирования допусков и иных технологических причин имеет характеристики, отличающиеся от паспортных. И это надо принять как данность.
Второе, менее оптимистическое. За годы эксплуатации в камере сгорания скопился нагар и другие отложения, ее объем уменьшился, а степень сжатия, соответственно, возросла. Что и «приспособило» двигатель под бензин с более высоким октановым числом. Лечится регулярным добавлением противонагарных присадок в бензин плюс длительной ездой на высокой скорости. Альтернативой присадке могло бы стать использование «чистящего» бензина Shell V-Power, но за отсутствие лишних хлопот придется расплачиваться. Если «химия» не поможет, то остается «механика». Впрочем, без более веских причин двигатель лучше не разбирать. Если «химия» поможет, скорее всего, двигатель придется подрегулировать.
Третье, самое сложное. Глючит система управления двигателем, зажигание, система рециркуляции отработавших газов. Замена блока управления - дело несложное, но очень дорогое. Стоит проконсультироваться у хорошего диагноста, если такого удастся найти. Как и специалиста по каталитическим нейтрализаторам.
Еще чуть-чуть теории
Многочисленные исследования в разных странах мира подтверждают, что переход на бензин с более высоким октановым числом при постоянной степени сжатия не дает никаких преимуществ, а только повышает расходы на топливо. Теплотворная способность, а значит, и запасенная энергия у разных сортов топлива примерно одинакова. Высокооктановый бензин выделяет столько же энергии, как и стандартный, но горит медленнее. В результате не успевшее сгореть топливо может быть выброшено в глушитель (смерть катализатору) и далее в атмосферу (смерть живому).
Более того, как утверждает сайт Gas Bank USA, производители автомобилей (BMW, Porsche, Mercedes-Benz и др.), даже рекомендуя высокооктановый бензин, допускают применение стандартного без угрозы для двигателя, но с некоторым ухудшением параметров автомобиля.
О том, каково это ухудшение, можно судить по данным, опубликованным Hyundai Motor. На бензине Premium 4,6-литровый двигатель V8 седана Genesis выдает максимальную мощность 375 л. с., а на стандартном (AKI-87) - 386, т. е. менее чем на 2% меньше.
В американском руководстве по эксплуатации Smart Fortwo приведено то же предупреждение, что и для автомобилей Mercedes: «Для обеспечения долгой надежной работы и высоких характеристик двигателя следует использовать бензин сорта Premium Unleaded». А в нижней строке: «Бензин Regular не причинит вреда вашему автомобилю».
Мы не призываем переходить на низкооктановый бензин. Но если ваш автомобиль под него и «заточен», есть ли смысл платить лишние деньги? При одинаковом химическом составе, равной энергоемкости и не зависящем от октанового числа использовании/неиспользовании присадок единственное отличие между сортами бензина - размер прибыли, получаемой продавцом топлива.
Полезные формулы
Определяя, какой бензин нужен вашей машине, полезно знать, что:
AKI = RON+MON/2;
RON - MON ≈ 8–10;
RON - AKI ≈ 4–5;
AKI 87usa= RON 92eu;
AKI 90 ≈ RON 95;
где:
AKI - Anti-Knock Index - антидетонационный коэффициент (США);
RON - Research Octane Number - октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ);
MON - Motor Oil Number - октановое число по моторному методу (МОЧ).
С большой долей уверенности можно сказать, что абсолютно все владельцы авто слышали об октановом числе бензина, однако, немногие из них знают, что на самом деле представляет собой это число, от чего оно зависит, и что зависит от него. Именно о нем пойдет речь в этой статье, но прежде давайте рассмотрим такое явление, как детонация.
Что такое детонация, и в чем заключается ее пагубность для двигателя
Одним из основных требований к автомобильному бензину является его устойчивость к детонации. Горючая смесь в цилиндре ни в коем случае не должна воспламеняться до того момента, пока ее не подожжет искра с электродов свечи зажигания. В случае самовоспламенения топливной смеси под воздействием высокого давления, в цилиндре неизбежно возникнет детонационный эффект – взрывное возгорание топлива, сопровождающееся соответствующим звуком.
Это явление оказывает пагубное, а порой даже разрушительное влияние на детали поршневой группы. Дело в том, что скорость полного сгорания топливной смеси в цилиндре, при условии ее поджога от искры, составляет 15-60 м/с, а при возникновении детонационного эффекта она сгорает со скоростью 2000-2500 м/с. А это уже не горение, а настоящий взрыв, повторяющийся с каждым циклом, вызывая резонанс. Вредное воздействие последнего приводит к разрушению самого поршня, поршневого пальца, шатуна и других деталей двигателя.
Благо, современные автомобили оснащаются датчиками детонации, которые способны улавливать ее малейшие признаки и передавать соответствующий сигнал на электронный блок управления (ЭБУ) двигателем, который, в свою очередь, либо уменьшает количество топлива в смеси, либо корректирует угол опережения зажигания. Однако и ЭБУ не всегда может справиться с подобной проблемой, особенно если в баке находится некачественный или несоответствующий требованиям двигателя бензин.
Понятие октанового числа
Каждый из водителей, заправляя свой автомобиль на АЗС, заказывает оператору нужное количество топлива, указывая его привычное наименование (80, 92, 95, 98). На самом деле это не наименование, не марка, не степень горючести, и даже не мера детонации, как объясняют некоторые «специалисты». Цифры в названии бензина указывают на его октановое число, определяющее его детонационную устойчивость. Оно в процентном отношении определяет содержание смеси изооктана с н-гептаном в бензине. Почему именно эти вещества? Все просто. Дело в том, что изооктан практически не взрывоопасен, из-за чего он не поддается детонации, а его детонационная устойчивость равна 100. В свою очередь, н-гептан взрывается при малейшем увеличении давления, поэтому его устойчивость к детонационным процессам приравнивают к нулю.
Смешивая данные вещества в нужных пропорциях, и добавляя их в топливо, мы имеем возможность регулировать величину его октанового числа, тем самым приспосабливая бензин под разные двигатели.
Как определяется октановое число
Есть два общепринятых способа вычисления октанового числа: исследовательский и моторный. Первый способ предполагает проверку бензина на его устойчивость к детонационным процессам при умеренной нагрузке на силовой агрегат. Испытания проводятся на специальном стенде с использованием одноцилиндрового бензинового мотора при переменной нагрузке, оборотах 600 об/мин, температуре воздуха в топливной смеси +52 0 С и угле опережения зажигания, равном 13 0 . Мотор сначала работает на испытуемом топливе до возникновения детонации. После ее фиксации двигатель при той же нагрузке переводят на эталонное топливо из смеси изооктана и н-гептана в разных концентрациях. Зафиксировав момент возникновения детонационного эффекта, испытания прекращают. Количество изооктана в бензине, при котором начался процесс детонации – это так называемое, исследовательское октановое число. И если в маркировке бензина присутствует литера «И» (АИ), это значит, что оно было определено вышеописанным исследовательским методом.
Моторный способ подразумевает определение устойчивости топлива к детонационным явлениям в условиях реальной езды при повышенной нагрузке на мотор (900 об/мин при температуре топливной смеси +149 0 С и переменном угле опережения зажигания). Процесс определения октанового числа – аналогичный вышеописанному.
Существует еще один метод установления величины октанового числа. Его суть заключается в измерении количества изооктана специальным прибором – цифровым октанометром. Он довольно прост и удобен в использовании. Принцип действия октанометра заключается в сравнении состава исследуемого бензина с эталонными образцами топлива, и основан на его диэлектрических особенностях. Данный метод на сегодняшний день еще не сертифицирован на территории России, поэтому октанометр не может являться официальным инструментом для проведения исследований.
Величина октанового числа при разных методах его определения может несущественно отличаться. Ниже приведена таблица основных марок бензина с указанием их октанового числа
Как влияет использование бензина с повышенным или пониженным октановым числом на работу двигателя
Для каждой марки и модели автомобиля заводом-изготовителем предусмотрен бензин с определенным октановым числом. Узнать его можно из руководства по эксплуатации авто. Но что же произойдет, если не придерживаться рекомендаций?
Применение топлива с меньшим октановым числом, как мы уже знаем, ведет к детонации. Кроме этого увеличивается расход, снижается мощность двигателя, а при длительной нагрузке на него возможно прогорание клапанов, перегрев двигателя, выход из строя деталей поршневой группы. При использовании бензина с большим октановым числом ничего страшного не произойдет, разве, что немного снизится динамика за счет более длительного времени сгорания горючей смеси.
Ниже представлена таблица, из которой можно узнать, какое топливо лучше подойдет для двигателей с разной степенью сжатия.
Как повысить октановое число
До недавнего времени производители топлива для повышения его устойчивости к детонации применяли тетраэтилсвинец – вещество, с высокими антидетонационными характеристиками. Но, поскольку оно оказалось еще и сверхядовитым, а также быстро выводило из строя катализаторы и кислородные датчики в выхлопной системе, ему быстро нашли альтернативу.
Сегодня для повышения октанового числа используются различные ароматические (имеют большое октановое число) и парафиновые углеводороды (обладают наименьшим октановым числом), именуемые прсадками. Многие из них имеют большие показатели летучести, что нередко приводит к тому, что бензин, в который они были добавлены, при негерметичной емкости может быстро из 95 стать, например, 92 или 80.
Увеличить октановое число можно и самостоятельно. Для этого необходимо приобрести какую-нибудь из присадок и добавить ее в топливо. Одним из таких средств является метилтретбутиловый эфир. Эта присадка считается практически безвредной для окружающей среды и элементов двигателя, чего не скажешь о ферроцене, в составе которого находится обыкновенное железо, оседающее прочным красноватым налетом на электродах свечей.
