В результате фракционной перегонки нефти под воздействием разных температур получаются всевозможные виды топлива (в том числе и бензин), смазочные материалы, а также продукты для нефтехимического синтеза. Это, бесспорно, знают все, кто бывал на уроках химии в школе. Однако, подъезжая к автозаправке, вы наверняка не раз обращали внимание на загадочные цифры, подразделяющие бензин на разные виды. В чем же их реальное различие?
Эти самые цифры в маркировках бензина обозначают его октановое число. Это основной критерий, по которому классифицируются различные виды бензина. Термин «октановое число» характеризует свойство топлива свободно сгорать в двигателе с учетом разнообразных условий. Чем выше это число, тем бензин более устойчив к самовоспламенению при сжатии. Однако получить при производстве высокооктановый бензин несколько сложнее, кроме того, он должен быть достаточно чистым.
Каждый двигатель создается для работы на топливе с определенным октановым числом. В России большая часть автовладельцев использует Аи92. Такие виды бензина, как Аи95 и Аи98, как правило, позволяют себе владельцы авто «премиум» класса. Дизельное топливо и Аи80 пользуются еще меньшим спросом.
Определение устойчивости бензина к детонации производится с помощью стандартных смесей. Дело в том, что бензин эквивалентен смеси изооктана и гептана. Соответственно, если октановое число бензина будет равно 92, он будет самовоспламеняться как состав из 92% изооктана и 8% гептана.
При производстве различных видов бензина используется метод смешивания компонентов топлива. Иначе этот процесс называется «компаундирование». В результате всех необходимых процессов должны получиться продукты, полностью соответствующие государственным стандартам и обладающие точным октановым значением.
Первичная фракционная перегонка нефти выдает бензин с октановым показателем в пределах 70. Качество бензина повышается не только с применением компаундирования, но и благодаря использованию специальных добавок-антидетонаторов. Ранее в целях улучшения детонационных свойств топлива использовался тетраэтилсвинец. При всем том, что для человека это вещество является сильным ядом. В настоящее время в качестве высокооктановых добавок применяются ферроцен или метилтретбутиловый эфир, не обладающие такой огромной токсичностью.
Чтобы понять, подходит ли автомобилю та или иная марка топлива, автолюбители смотрят на его октановое число (ОЧ). Но, далеко не все понимают, что такое октановое число, на что оно влияет и почему важно заправлять машину именно тем топливом на которое она рассчитана.
Во время работы автомобильного двигателя смесь воздуха и паров бензина сжимается до определённой величины поршнями цилиндров, после чего поджигается электрической искрой. Энергия сгорания бензиновых паров, собственно говоря, является той силой, которая вращает колёса машины.
Однако если сжать топливно-воздушную смесь слишком сильно, она может воспламениться самопроизвольно, не дожидаясь искрового зажигания. Этот процесс называется детонацией и приводит к повышенному износу и поломке двигателя. В современных автомобилях с этим пытаются бороться с помощью специальных датчиков, которые фиксируют детонацию и подают сигнал на бортовой компьютер, который либо корректирует топливный цикл, либо, если опасность детонации устранить невозможно, просто блокирует работу мотора.
Но, современных технологий недостаточно, для корректной работы двигателя обязательно нужно подходящее топливо. Показатель стойкости бензина к самовоспламенению при сжатии называют октановым числом топлива. Чем выше октановое число, тем более высокое давление может выдержать бензин при сжатии в камере двигателя.
Как было сказано выше, в процессе работы автомобильного двигателя смесь бензина и воздуха сжимается поршнем, воспламеняется электрической искрой и сгорает, выделяя энергию, которая направляется на вращение колёс. Чем больше удаётся сжать воздушно-бензиновую смесь, тем выше будет эффективность двигателя. Но увеличение силы сжатия приводит к самопроизвольной детонации бензина.
Детонация приводит к деформированию поршней и шатунов. Элементы двигателя, соприкасаясь между собой, издают лязгающие звуки и спустя непродолжительное время приходят в полную негодность. Если двигатель некоторое время работает на низкооктановом топливе, то из-за детонации:
Всё это неизбежно приводит к быстрой поломке. Разрушения элементов двигателя могут оказаться настолько серьёзными, что потребуется полная замена силового агрегата.
Во второй половине ХХ века наиболее популярным способом повышения октанового числа бензина было добавление в его состав тетраэтилсвинца. Это вещество эффективно понижает способность топлива к детонации. Промышленным способом изготовить тетраэтилсвинец несложно, причём его стоимость практически не влияет на конечную цену топлива.
В настоящее время тетраэтилсвинец запрещён к производству практически во всех странах мира. Вместо него в качестве присадок, повышающих октановое число, используются углеводороды ароматической и парафиновой группы. К сожалению, многие из этих веществ чрезвычайно легко испаряются, поэтому при длительном хранении октановое число топлива падает. Если вы зальёте в обычную канистру 95-й бензин и оставите в гараже на несколько недель, за это время он самопроизвольно превратится в 92-й или даже 80-й. Поэтому держать запас бензина для современного авто не имеет смысла.
До сих пор в нашей стране используется большое количество техники, рассчитанной на использование низкооктановых бензинов – 80-го и даже 76-го. Речь идёт не только о старых марках машин, но и о мотоблоках, бензиновых генераторах и других устройствах. Покупка новых агрегатов обойдётся владельцам слишком дорого, поэтому методы понижения октанового числа достаточно актуальны для наших автовладельцев.
Наиболее простым способом, применяемым народными умельцами, является выпаривание присадок. Считается, что если оставить канистру с бензином открытой, то каждый день октановое число будет понижаться на 0,5. Таким образом, чтобы превратить 92-й бензин в 80-й, потребуется две недели.
В некоторых случаях сходный эффект даёт смешивание бензина в определённой пропорции с керосином. Одно время этот способ широко применялся владельцами старых машин. Но, способ не прижился, так как пропорция разбавления должна каждый раз определяться эмпирическим путём.
К сожалению, даже приобретение топлива на заправочной станции не всегда гарантирует соблюдение заявленной величины его октанового числа. Однако в домашних условиях замерить его чрезвычайно сложно, для этого требуется специальное оборудование и эталонные химические вещества. В лабораториях измерение выполняют двумя способами – моторным и исследовательским. Оба основаны на сравнении бензина с эталонным углеводородом, октановое число которого равно 100, и с n-гептаном, обладающим нулевым показателем.
Кроме того, для измерения октанового числа применяют специальные приборы. Однако они не пользуются высокой популярностью, так как дают слишком большой разброс результатов при замерах.
Бензин — легковоспламеняющаяся жидкость, не имеющая цвета или с легким желтоватым оттенком (если отсутствуют специальные добавки). В целях улучшения рабочих свойств моторного топлива, применяемого в производители стараются увеличить октановое число бензина. Для этого в него добавляют соответствующие компоненты. Если при сгорании топлива слышен характерный металлический звук, создаваемый детонационной волной при многократном отражении ее от стенок цилиндра, то КПД двигателя снижается, кроме того, ускоряется его износ.
В этом случае говорят, что качество топлива неудовлетворительное, так как октановое число низкое. Детонационную стойкость моторного топлива, то есть способность противостоять самовоспламенению из-за сжатия в цилиндрах работающего двигателя и характеризует этот показатель. Численно он равен объемной доле изооктана (другое его название: 2,2,4-триметилпентан) в двухкомпонентной смеси, содержащей еще и н-гептан. Такая смесь при определении ее детонационной стойкости в стандартных условиях испытания создает эффект, эквивалентный исследуемому топливу.
Изооктан — предельный углеводород C8H18 изостроения. Он, благодаря своим свойствам, трудно окисляется даже при высокой поэтому его детонационную стойкость условно приняли равной 100 единицам. Н-гептан в двигателе ведет себя иначе: даже при невысоких степенях сжатия процесс его сгорания сопровождается детонационным эффектом, поэтому величина этого показателя для него принята за 0 единиц. В тех случаях, когда октановое число бензина выше 100 единиц, для оценки его качества применяется условная шкала смесей, где в основной компонент — изооктан — добавлены различные дозы тетраэтилсвинца.
Поэтому можно утверждать, что этот показатель является самой значительной характеристикой моторного топлива. Он показывает, насколько бензин устойчив к детонации, то есть к произвольному возгоранию в цилиндрах мотора. Вероятность взрыва горючего в ДВС будет максимально снижена, если этот показатель будет высоким. Если бензина соответствует 95 единицам, то он детонирует как смесь, состоящая из 95 % 2,2,4-триметилпентана и 5 % нормального гептана. После первичной обработки нефти для продукта, называемого прямогонный бензин, данная характеристика редко превосходит величину в 70 единиц. Поэтому, чтобы повысить качество низкосортного бензина, применяют не только компаундирование (смешение с высокооктановыми продуктами), но и вводят антидетонаторы в количестве до 0,3 %.
Качество топлива зависит во многом от состава природного ископаемого, из которого его получают фракционированием или перегонкой, — нефти. Для нее важны такие показатели, как вязкость, фракционный состав, присутствие сернистых соединений и парафинов, а также содержание воды и растворенный в ней солей. Однако перечисленные факторы скорее влияют на особенности переработки и выбор технологии. Качество бензина, то есть величину его октанового числа, определяет углеводородный а затем и способ ее переработки, от которого также зависит, сколько в бензине будет изооктана, н-гептана, ароматических соединений и так далее.
Антидетонационные свойства бензина повышают содержащиеся в нем Высокое содержание бензола, прежде всего, влияет на состояние окружающей среды, так как является источником бензапирена (канцероген). Повышенное содержание высококипящих ароматических соединений способствует повышению нагарообразования в камере сгорания и на клапанах двигателя. Все это ухудшает такие рабочие показатели, как мощность двигателя, КПД, экологические и экономические аспекты его работы. Нагар, образовавшийся в камере сгорания, заставляет владельца авто выбирать моторное топливо таким образом, чтобы октановое число бензина было высоким. В противном случае значительно понижается мощность или мотор работает с детонацией.
Октановое число, это мера химической стойкости бензина к автоматическому зажиганию. Чем больше октановое число бензина, тем он устойчивее к возгоранию . А возгорание влечет за собой выход двигателя из строя.
На что влияет октановое число? Дело в том, что во время такта сжатия поршень начинает сжимать топливно-воздушную смесь. Когда смесь оказывается под высоким давлением, она может самопроизвольно возгораться. Это серьезная проблема в том случае, когда смесь загорается до того, как ласт искру свеча зажигания.
Самопроизвольное воспламенение, которое профессиональным языком называется «детонация» может спровоцировать появление громкого шума. Грохот напоминает звон монет, которые вы кидаете в копилку.
Звук и стон возникает по той причине, что самовоспламенение приводит к образованию волн высокого давления, которые сталкиваются между собой.
Детонация может повредить внутренние компоненты двигателя . Возгорание легко расплавит поршневые отверстия, и даже погнет шатуны. В итоге двигатель придется ремонтировать. Однако в наше время этого практически не происходит по той причине, что производители используют компьютерные блоки управления двигателем.
Благодаря детонационным датчикам, которые представляют собой электронные преобразователи небольшого размера, закрепленные на блоке двигателя, могут обнаруживать характерные для детонации частоты. Когда датчики фиксируют появление частот, модуль, управляющий коробкой передач, выполняет ряд действий, направленных на возвращение контроля воздушно-топливной смеси. Блок либо понижает уровень наддува в двигателях, либо оттягивает время появления искры в свечах, либо откорректировать состав топливной смеси, дабы обезопасить двигатель от поломки.
Благодаря высокой степени сжатия двигатель вырабатывает больше мощности при меньшем сжигании топлива
. Степень сжатия – показатель того, насколько плотно сжата топливно-воздушная в цилиндре. В современных двигателях степень сжатия 10 к 1, но если речь идет о двигателях с прямым впрыском топлива, то она может быть выше. Если двигатель с наддувом, то степень сжатия наоборот, меньше.
Производители автомобилей должны знать тонкие нюансы, которые не приведут к возгоранию. Именно октановое число играет здесь большую роль. Высокая степень сжатия обычно у двигателей, которые используются в спорткарах. Они почти всегда нуждаются в топливе, у которого высокое октановое число, и которое реже воспламеняется. Бензин с высоким октановым числом, не влияет на расход горючего.
Необходимо понимать, что высокое внутрицилиндровое давление требует горючего с более высоким октановым числом, для того, чтобы предостеречь двигатель от повреждений, вызванных самовоспламенением. Однако ошибиться может каждый, и залить в бак не тот сорт бензина.
Если автомобиль требует горючего премиум класса, а вы залили бензин с октановым числом 87, при этом начинаете слышать внутри нехарактерные звуки, то вам необходимо очень деликатно обращаться с автомобилем до тех пор, пока вы не доедете до заправочной станции.
Причем не всегда вы будете слышать какой-либо шум в двигателе. Неправильный «бензин» станет причиной снижения производительности. Расход топлива увеличится в разы. Тепло начнет попадать в выхлопной катализатор, в результате чего его прочность будет снижена. Не заливайте в бак бензин с меньшим октановым числом, чем вам порекомендовал производитель.
Есть два способа, которыми можно вычислить октановое число:
Чтобы определить октановое число, подбирают смеси эталонных углеводородов – изооктана, число которого = 100 и нормального н-гептана с числом, равным нулю. Определение ОЧ происходит на специальной установке с переменной степенью сжатия вышеуказанными методами. Моторный способ имитирует высокую нагрузку двигателя, в результате чего топливная смесь нагревается до 150 °С, а частота вращения находится на постоянной отметке – 900 об/мин. Когда используют исследовательский способ, то смесь не нагревают, и частота вращения = 600 об/мин.
Испытательный стенд – это двигатель с одним цилиндром и карбюратором. Происходит запуск движка на исследуемом топливе. Уровень детонации фиксируют специальными датчиками. Затем подбирают смесь эталонного топлива – н-гептана и изооктана. На ней двигатель продолжает работать в том же режиме, что и на исследуемом топливе. Полученное содержание изооктана в эталонной смеси, которое выражается в процентах, будет являться характеристикой стойкости бензина. Итог. Если в смеси содержится 70% изооктана, то октановое число = 70 единицам.
Моторный метод позволяет определить детонационные свойства бензина при эксплуатации автомобиля в тех условиях, когда он движется с маленькой скоростью, и когда происходит частый запуск и регулярные остановки двигателя. Исследовательский метод – это не менее жесткий способ испытания двигателя, который позволяет исследовать процесс сгорания топлива в то время, когда автомобиль идет по трассе в одном режиме, без остановок и частых запусков двигателя. Октановое число по исследовательскому методу выше, чем по моторному, на несколько единиц. Обычно на 5-10.
Почему же октановое число определяется двумя методами? Все дело в том, что двигатели и условия их эксплуатации различаются.
В старом ГОСТе октановое число 72 и 76 бензина измеряется по моторному методу. А высокооктановые бензины 93-й, 95-й и 98-й тестировали исследовательским методом. Октановые числа современных марок бензинов определяются исследовательским методом.
Чтобы определить ОЧ сегодня, достаточно воспользоваться специальными приборами. Однако некоторые из них дают погрешности от шести до десяти единиц. Поэтому перед их использованием придется посетить лабораторию.
Повысить ОЧ можно, добавляя в горючее, ароматические и парафиновые углеводороды разветвленной структуры
. Чем ярче будет выражен запах топлива, тем выше будет его ОЧ. Не нужно хранить бензин в открытой емкости. Его октановое число снизится.
Увеличить октановое число можно, используя специализированные присадки . Каждый тип присадки выполняет свою задачу. В итоге либо повысится ОЧ, либо снизится выброс вредных химических соединений. Многие присадки запрещены, поскольку наносят непоправимый вред природе.
Необходимо также знать, что в России производят бензины для заправки автомобилей пяти марок: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95. Буква «И» означает, что при определении октанового числа использовался исследовательский метод, а цифры — это и есть октановое число, определенное таким методом.
От октанового числа бензина зависят разные характеристики автомобиля, например, динамические или эксплуатационные свойства. Речь идёт о мере стойкости конкретного типа топлива к возгоранию (детонации). Для разных видов горючего разработаны отдельные стандарты, и именно они учитываются при подборе октанового числа для конкретного типа автомобильного двигателя. Рассмотрим подробнее, что такое октановое число бензина, как измерить данный параметр, как он влияет на характеристики бензина.
Октановое число представлено в виде меры, которая определяет химическую стойкость топлива к автоматическому зажиганию. Детонационная стойкость прямо пропорциональна величине ОЧ. Топливно-воздушная смесь сжимается под воздействием поршня во время такта сжатия. Высокое давление может спровоцировать самопроизвольное возгорание смеси, и это проблема, если детонация произошла до того, как свеча зажигания дала искру.
Сопровождается данный процесс шумовым эффектом, напоминающим звон монет в керамической копилке. Объяснить такие звуки можно образованием волн высокого давления, между которыми происходит столкновение.
Последствия самовозгорания могут быть представлены серьёзными повреждениями внутренних элементов мотора, поршневые отверстия могут расправиться, а шатуны погнуться. Двигатель выходит из строя.
С современными двигателями таких неприятностей практически не происходит благодаря наличию специальных компьютерных блоков управления. Соответствующие детонационные датчики монтируются на блок мотора и своевременно определяют частоты, указывающие на риск детонации.
После фиксации подобных частот управляющий КПП модуль возвращает контроль воздушно-топливной смеси. Происходит оттягивание момента появления искры в свечах, снижение уровня наддува в моторе или коррекция состава топливной смеси для предотвращения поломки.
Разработки автомобильных концертов ориентированы на предотвращение самовозгорания в узлах мотора, поэтому двигатели производятся с высокой степенью сжатия. В данном контексте именно октановое число имеет первостепенное значение, поскольку топливо с высоким октановым числом требуется для двигателей с высокой степенью сжатия. Применяются они преимущественно в представительских или спортивных автомобилях. Степень сжатия в современных авто может составлять 10 к 1, однако встречаются и более высокие показатели.
Конкретное ОЧ разработано заводом-изготовителем отдельно для каждый модели и марки машины. Характеристики такого рода указаны в инструкции по эксплуатации, но к чему приведет игнорирование рекомендаций?
Использование топливной жидкости с меньшим ОЧ, чем требуется, приводит к следующим последствиям:
Если же октановое число в топливе, наоборот, выше, чем нужно, последствия будут не такими плачевными. Речь идёт о незначительном снижении динамики, поскольку горючая смесь будет сгорать дольше.
Определение октанового числа бензина возможно двумя методами – исследовательским и моторным. Поскольку полученные в результате данных манипуляций результаты различны, обозначаются они как ОЧИ и ОЧМ, соответственно. Соблюдение особых условий для реализации обоих методов является обязательной мерой. Первостепенно необходимо подобрать смеси эталонных углеводородов высокого качества с числом 100 (изооктан) и нормального n-гептана с числом 0.
На следующем этапе октановое число определяется с помощью специальной установки.
Отдельно стоит рассмотреть третий способ определения октанового числа – использование специальных приборов, однако в данном случае стоит сразу ориентироваться на наличие погрешностей, поскольку точность таких измерений зачастую сомнительна.
Абсолютно все приборы, используемые для измерения величины ОЧ, имеют единый принцип работы – определение диэлектрической проницаемости бензина, поскольку данный параметр пропорционально зависит от величины ОЧ. Обязательной мерой является составление специальной калибровочной зависимости с целью получения максимально точной величины. Данная зависимость строится с учётом н-гептана и топлива с известной величиной октанового числа.
Среди наиболее распространённых устройств импортного и отечественного производства можно выделить следующие.
Стоит отметить, что ОЧ согласно измерениям приборов может существенно отличаться в зависимости от производителя топлива из-за разной калибровочной зависимости. Построение индивидуальных калибровок для каждого случая является обязательной мерой. Бензин конкретного производителя принято использовать в качестве стандарта.
Среди недостатков рассматриваемого способа определения ОЧ можно выделить сложность определения разных внешних факторов, которые могут влиять на процесс измерения. Также недостатком считается невозможность анализа неидентифицированного топлива, поскольку анализ изначально основан на сравнении.
Часто водители интересуются, как повысить октановое число бензина или понизить данный показатель. Повышение ОЧ считается более простым процессом, чем понижение. Это может быть добавление специального антидетонатора или использование сложного технологического процесса. Именно первому варианту принято отдавать предпочтение.
В качестве антидетонаторов могут использоваться следующие вещества.
Поскольку продажа 76-го и 80-го бензина на заправках от недавнего времени прекратилась, возникла необходимость понижать октановое число топлива, поскольку техника, работающая на бензине с низким октановым числом, эксплуатируется до сих пор. В качестве примера можно привести модели мотоблоков, которые были выпущены 10 лет назад или раньше.
