Октанове число
Вказівки октанових чисел на американській АЗС.
Октанове число- Показник, що характеризує детонаційну стійкість палива (здатність палива протистояти самозаймання при стисканні) для двигунів внутрішнього згоряння. Число дорівнює вмісту (у відсотках за обсягом) ізооктану (2,2,4-триметилпентану) у його суміші з н-гептаном , при якому ця суміш еквівалентна по детонаційній стійкості досліджуваному паливу стандартних умоввипробувань.
Ізооктан важко окислюється навіть при високих ступенях стиснення, і його детонаційна стійкість умовно прийнята за 100 одиниць. Згоряння у двигуні н-гептану навіть при невисоких ступенях стиснення супроводжується детонацією, тому його детонаційна стійкість прийнята за 0. Для бензинів з октановим числом вище 100 створена умовна шкала, в якій використовують ізооктан з додаванням різних кількостей тетраетилсвинцю.
Характерний металевий дзвін при детонації створюється детонаційною хвилею, що багаторазово відбивається від стінок циліндра. При детонації знижується потужність двигуна та прискорюється його знос.
Випробування палива
Випробування на детонаційну стійкість проводять або на повнорозмірному автомобільному двигуні або на спеціальних установках з одноциліндровим двигуном. На повнорозмірних двигунах при стендових випробуваннях визначають т.з. фактичне октанове число(ФОЧ), а в дорожніх умовах- Дорожнє октанове число (ДОЧ). На спеціальних установках з одноциліндровим двигуном визначення октанового числа прийнято проводити у двох режимах: жорсткіший (моторний метод) і менш жорсткий (дослідницький метод). Октанове число палива, встановлене методом дослідження, як правило, дещо вище, ніж октанове число, встановлене моторним методом. Точність визначення октанового числа, найбільш вірно названа відтворюваністю, становить одиницю. Це означає, що бензин з октановим числом 93 може показати на іншій установці при дотриманні всіх вимог методу визначення октанового числа (ASTM D2699, ASTM D2700, EN 25163, ISO 5163, ISO 5164, ГОСТ 511 , ГОСТ 8226) є зовсім іншу величину, наприклад, 9 , наприклад,9, 3 є і точними, і правильними і при цьому відносяться до того самого зразка палива.
Види октанових чисел: ОЧІ та ОЧМ
Дослідницьке октанове число (ОЧІ) визначається на одноциліндровій установці зі змінним ступенем стиснення, званої УІТ-65 або УІТ-85, при частоті обертання колінчастого валу 600 об/хв, температурі повітря, що всмоктується, 52°С і вугіллі випередження запалювання 13 град. Воно показує, як поводиться бензин у режимах малих і середніх навантажень.
Моторне октанове число (ОЧМ) визначається так само на одноциліндровій установці, при частоті обертання колінчастого валу 900 об/хв, температурі суміші, що всмоктується, 149°С і змінному куті випередження запалювання. ОЧМ має нижчі значення, ніж ОЧІ. ОЧМ характеризує поведінку бензину на режимах великих навантажень. Впливає на високу швидкість і детонацію при частковому дросельному прискоренні та роботі двигуна під навантаженням, русі в гору і т.д.
Принаймні у 1950-х роках використовувалося також октанове число за температурним методом.
Значення октанового числа вуглеводнів та різних видів палива
| Речовина | ОЧМ | ОЧІ |
|---|---|---|
| Метан | 110,0 | 107,5 |
| Пропан | 100,0 | 105,7 |
| н-бутан | 91,0 | 93,6 |
| Вибутий | 99,0 | 101,1 |
| н-пентан | 61,7 | 61,7 |
| Ізопентан (2-метилбутан) | 90,3 | 92,3 |
| Ізогексану (2,2-диметилбутан) | 93,4 | 91,8 |
| 2,2,3-Триметилбутан | 101,0 | 105,0 |
| н-Гептан | 0 | 0 |
| Ізооктан (2,2,4-триметилпентан) | 100 | 100 |
| 1-Пентен | 77,1 | 90,9 |
| 2-Метил-1-бутен | 81,9 | 101,3 |
| 2-Метил-2-бутен | 84,7 | 97,3 |
| Метилциклопентан | 80,0 | 91,3 |
| Циклогексан | 77,2 | 83,0 |
| Бензол | 111,6 | 113,0 |
| Толуол | 102,1 | 115,7 |
| Бензини прямої перегонки | 41-56 | 43-58 |
| Бензини термічного крекінгу | 65-70 | 70-75 |
| Бензини каталітичного крекінгу | 75-81 | 80-85 |
| Бензини каталітичного риформінгу | 77-86 | 83-97 |
| Бензин Н-80((ОЧІ+ОЧМ)/2)) | 76 | 84 |
| Бензин АІ-92 | 83,5 | 92 |
| Полімербензин | 85 | 100 |
| Алкілат | 90 | 92 |
| Алкілбензол | 100 | 107 |
| Етанол | 100 | 105 |
| Метил- трет-бутиловий ефір | - | 117 |
Різниця між ОЧІ та ОЧМ характеризує чутливість палива до режиму роботи двигуна.
Розподіл октанового числа
Оскільки при експлуатації повнорозмірного двигуна при змінних режимах відбувається фракціонування бензину, необхідно окремо оцінювати детонаційну стійкість його різних фракцій. Октанове число бензину, з урахуванням його фракціонування у двигуні, отримало назву «розподіл октанового числа» (ОЧР). У зв'язку зі складністю визначення октанового числа на двигунах розроблено методи непрямої оцінки детонаційної стійкості за фізико-хімічними показниками та характеристиками низькотемпературної реакції газофазного окислення, що імітує передполум'яні процеси.
Вуглеводні, які містяться в паливах, значно різняться за детонаційною стійкістю: найбільше октанове число мають ароматичні вуглеводні та парафінові вуглеводні (алкани) розгалуженої будови, найменше октанове число мають парафінові вуглеводні нормальної будови. Палива нафтового походження, отримані каталітичним риформінгом і крекінгом, мають вищі октанові числа, ніж отримані при прямій перегонці.
Для підвищення октанового числа палив використовуються високооктанові компоненти та антидетонаційні присадки. Багато хто з них (наприклад, МТБЕ) випаровується легше, ніж бензин, що призводить до цікавого ефекту у машин з негерметичним бензобаком - у міру витрачання палива та випаровування присадки октанове число бензину, що залишилося в баку, зменшується на кілька одиниць. Це призводить до легкого дзвону при повній потужності двигуна (якщо він не обладнаний датчиком детонації). Переважна більшість сучасних інжекторних двигунівмають датчики детонації, дозволяють використовувати будь-який бензин з октановим числом 91-98, для двигунів з високим ступенем стиснення може бути необхідно використовувати бензин з октановим числом не нижче 95 або навіть 98.
Що таке октанове число і залежить від нього? Таким питанням ставився будь-який автомобіліст, заправляючи на заправці свою машину з думкою про вибір заправного шланга з якимись умовними цифрами над ним.
Октанове число- Це фактично рівень детонації, при якому бензин спалахує і вибухає в камері згоряння вашого автомобіля. Якщо бензин загориться раніше, ніж потрібно, в той час коли ще не закриті повністю впускні клапаниі циліндр не знаходиться в верхній точціто природно двигун, не тільки може не працювати на повну потужність, А працювати неправильно, і що ще гірше, практично ми отримаємо детонацію але про це далі.
При такому низькому октановому числі ми отримаємо при тривалої експлуатаціїкупу проблем з частинами двигуна - зношування клапанів, сидів під них, додатковий нагар і т.д. Крім того, невідповідність октанового числа для двигуна тягне за собою ту ж додаткову детонацію, яку часто плутають зі стукотом клапанів.
Октанове число виходить шляхом усунення складових бензину. Ізооктан - речовина, яка майже не вибухонебезпечна при підвищенні тиску, і його детонаційна стійкість була прийнята за 100 одиниць. У той же час н-гептан абсолютно стійкий до детонації при підвищенні тиску (можна сказати самодетонуючий) тому його детонаційна стійкість прийнята за 0 . Саме суміш цих речовин дозволяє регулювати октанове число бензину. Крім того, до бензину додано триметилпентанвід якого октанове число мало залежить. Бувають бензини та з октановим числом понад 100 одиниць, для них використовують ізооктанз додаванням різних обсягів присадок.
Присадки для підвищення октанового числа бензину
Для підвищення більшого октанового числа додають ароматичні вуглеводні та парафінові вуглеводні (алкани) розгалуженої будови. Саме із застосуванням цих компонентів і підвищується октанове число. Але як ви помітили речовини, що застосовуються, називається ароматичними (ароматичні вуглеводні) тобто. кажучи мовою обивателя, високо октановий бензинсильніше пахне ніж низькооктановий. У цьому є й певні мінуси, оскільки високооктановий бензин після додавання ароматичних складових, більш леткий. Що при тривалому зберіганні у відкритій ємності або певному поєднанні ємності з зовнішнім середовищемтягне до зниження октанового числа бензину. Тому можна сказати, що високо октановий бензин має бути "свіжим".
Раніше у СРСР підвищення октанового числа застосовувався тетраетилсвинець- Отруйна суміш у складі зі свинцем. На жаль, тетраетилсвинець не тільки отруйний сам по собі, а й швидко виводить з ладу каталітичні нейтралізаториі лямда-зонди, які стали застосовуватися в конструкції сучасних автомобілів, внаслідок чого довелося відмовитися від цієї присадки Також застосовувалися присадки на основі марганцю, але зараз вони також заборонені з екологічних міркувань. Крім того, для підвищення октанового числа іноді використовують присадку. фероцен. Ця присадка (фероцен) має у своєму складі залізо і створює важко усувається струмопровідний наліт на свічках (відтінки червоного кольору), який погіршує експлуатаційні характеристики і відповідно зменшує термін служби свічок запалювання. Бензини включають інші присадки і домішки. Присадки у бензині виконують різні завдання. Зменшують кількість шкідливих домішок у бензині — сірка, вода, чистять деталі двигуна або паливну систему, Підвищують октанове число бензину (про це було сказано вище). Відносно нешкідливою для двигуна антидетонаційною присадкою є метилтретбутиловий ефір. Нині він широко застосовується в Україні, Росії та Європі.
Цілком реально отримати бензин, з октановим числом понад 110 (а це авіаційне паливо). Крім того, всім відома схема зі змішуванням газового конденсату, адже октанове число природного газузазвичай вище 100 .
Згоряння бензину за різних октанових числах.
Від октанового числа залежить швидкість згоряння бензину, тобто власне вибух. При високих октанових числах горіння бензину відбувається тривало, плавно. Двигун працює більш рівномірно, плавно та чітко. Тому в автомобільної промисловостіі є тенденція випускати двигуни сучасних автомобілів, що працюють на високооктановому бензині.
Визначення октанового числа бензину
Приблизно визначити октанове число можна спеціалізованим приладом - Октанометри, він дає похибку в октанових числах на 5-10 одиниць. Тому, простіше кажучи, перевірити якість бензину немає жодної можливості без лабараторних досліджень.
У лабараторії октанове число визначають двома способами:
- Моторний (MON)
- Дослідницький (RON).
У США октанове число замінюється на так званий октановий індекс, який становить середньоарифметичну кількість октанових чисел, отриманих за моторним та дослідним методом для цього палива. А ось у Японії для позначення марок бензину використовують лише дослідницький метод. На наших АЗС також декларується саме октанове число, отримане за методом дослідження.
Застосування бензину з невідповідним октановим числом двигуна.
Застосування бензину із низьким октановим числом.
Якщо вийшло так, що ви заправили машину низькооктановим паливом, прислухайтеся до двигуна. Якщо двигун працює стабільно, але погано тягне, у цьому немає нічого страшного, просто спалить весь низькооктановий бензин і надалі заправте бензин із нормативним октановим числом. При цьому намагайтеся уникати динамічної їзди, щоб уникнути детонації в двигуні.
Але якщо з двигуна чути дзвінкі звуки, які часто плутають зі стукотом клапанів, це означає, що суміш детонує раніше ніж закриваються клапани. Фактично, це вибухова хвиля поширюється по блоку двигуна і вихлопну систему. У даному випадкуце може призвести до прогорання поршнів і випускних клапанів, факт негативного впливу буде у наявності. Природну детонацію можна іноді спостерігати у випадках надмірного навантаження двигуна, при підйомі в гірку, при русі на підвищеної передачі. Тривала роботадвигуна навіть з «природною» детонацією неприпустима, так як це може призвести до перегріву двигуна і, як наслідок, пошкодження прокладки головки блоку циліндрів, прогоряння поршнів та клапанів.
Застосування бензину з високооктановим числом
Не потрібно намагатися застосовувати високооктановий бензин для автомобілів, чиї двигуни не розраховані на нього. Мінуси такого застосування теж очевидні, якщо спочатку конструкція була розроблена під низько октанові числа бензину і ви застосували високо октановий бензин, то це спричинить повне переналаштування впускних і випускних газів, а можливо і заміну деяких складових двигуна. Час горіння бензину в цьому випадку довше і фактично потрібно буде настроїти поршневу групуі запалення таким чином щоб розширення об'єму циліндр - поршень дорівнювало часу горіння, при цьому клапана були б закриті. Фактично на налаштованому двигуні бензин згоряє із запізненням, при цьому також відбуватиметься втрата потужності.
Щоб розібратися, що таке октанове число, необхідно мати хоча б мале поняття про принцип функціонування двигуна внутрішнього згоряння. По суті це поняття означає хімічну стійкість палива до займання. Що цей показник, то нижче така ймовірність.
Детонація
На одній із стадій своєї роботи поршень будь-якого автомобільного двигунапочинає стискати повітряно-паливну суміш. Внаслідок дії високого тиску виникає ймовірність її самозаймання до моменту появи іскри від свічки запалювання. Це називається детонацією і стає серйозною проблемою для багатьох машин. Його основна загроза полягає у пошкодженні шатунів та розплавленні поршневих отворів. Ремонт цих поломок коштує досить дорого. Як би там не було, але такі випадки в наш час трапляються порівняно рідко, оскільки більшість виробників обладнають силові агрегати машин комп'ютеризованими блоками, здатними виявляти частоти, що характерні для детонації.
Ступінь стиснення
Високий ступінь стиснення надає двигуну можливість видавати велику потужністьпри використанні меншої кількості палива. У моторах сучасних моделеймашин вона складає 10:1. Разом з цим, якщо йдеться про агрегати з прямим упорскуванням, вона суттєво зростає. У цьому випадку особливо важливу рольграє октанове число палива. Слід зазначити, що у витрату цей показник ніяк не впливає. Як правило, самої високим ступенемстиснення відрізняються спортивні автомобілі. У зв'язку з цим вони найбільше потребують високооктанового палива.
Способи підрахунку показника
Для того щоб вирахувати, яким є октанове число того чи іншого виду палива, необхідно спочатку підібрати суміш еталонних вуглеводнів. Такими є ізооктан та нормальний н-гептан. Їх показники відповідно дорівнюють 100 і 0. Визначення значення далі відбувається моторним або дослідницьким методом, шляхом застосування спеціальної установки, Забезпечує змінну ступінь стиснення. При використанні моторного способуімітується високе навантаження двигуна, коли температура паливної сумішідосягає позначки 150 градусів. Частота обертання при цьому знаходиться в однаковому значенні, що становить 900 оборотів за хвилину. При застосуванні другого із зазначених методів паливна суміш не нагрівається, а частота обертання дорівнює 600 оборотів за хвилину.
Визначення октанового числа
Точно вирахувати значення показника можна в такий спосіб. Робиться це за допомогою випробувального стенду, що є мотором з одним циліндром і карбюратором. У цьому рівень детонації фіксується рахунок спеціальних датчиків. Спочатку запускається двигун з паливом, що тестується, після чого підбирається еталонна суміш. Режим роботи у своїй не змінюється. Виражене в процентному співвідношеннівміст ізооктану в еталонній суміші, що з'явиться в результаті, і показуватиме стійкість бензину. Іншими словами, якщо суміш на 75 відсотків складається з ізооктану, це означає, що октанове число палива, що перевіряється, дорівнює 75 одиницям. При використанні моторного способу визначаються детонаційні особливості машини при русі високою швидкістю, частому запуску та регулярних зупинках силового агрегату. Що стосується дослідницького методу, то він надає можливість детально розглянути процес спалювання палива при їзді трасою в тому самому режимі. Як показує практика, у другому випадку значення показника завжди буде трохи більшим.
Підвищення октанового числа
Чим яскравіше виражений запах палива, тим вище його октанове число. Це з тим, що парафінові і ароматичні вуглеводні, мають розгалужену структуру, підвищують значення показника. У зв'язку з цим стає зрозумілим, чому рекомендується зберігати бензин у закритих ємностях. Шляхом використання спеціальних присадок відбувається поліпшення характеристик палива. Слід зазначити, що з їх типів покликаний виконувати окреме завдання. Одні призначені підвищення октанового числа, інші - зниження викиду в атмосферу шкідливих елементів. В даний час в нашій країні на автозаправках можна побачити такі марки бензину, як АІ-95, АІ-92, АІ-96, А-76 та А-80. Слід зазначити, що буква «І» у назві є свідченням того, що показник визначався методом дослідження. У той самий час цифра у найменуванні - і є октанове число.
Газ
Дуже зручним і порівняно дешевим видом палива, що стає все більш популярним серед автомобілістів рік у рік, став газ. У разі йдеться про пропанобутановой суміші. Вона виробляється з нафти та попутних сконцентрованих нафтових газів. Для того, щоб вона постійно залишалася в рідкому стані, її зберігання та перевезення відбувається під тиском у 16 атмосфер. Слід зазначити, що у суміші бутан виступає у ролі палива, тоді як пропан забезпечує тиск. Цей вид палива, в порівнянні з іншими, має безліч суттєвих відмінностей, починаючи з хімічного складута закінчуючи вартістю. Серед багатьох власників автомобілів існує думка, що газ шкодить двигуну, а його характеристики є значно гіршими в порівнянні з бензином. Насправді таке твердження є хибним. Яскравим томуДоказом можна назвати октанове число газу, яке для пропанобутанової суміші становить 110 одиниць. Як було зазначено вище, максимальне значення цього показника для бензину дорівнює 98 одиницям.
ОКТАНОВЕ ЧИСЛО- Міра детонаційної стійкості бензину і моторних масел.
У всьому світі виробляється та споживається величезна кількість бензину – як автомобільне паливо. Щоб бензин згоряв у циліндрах автомобіля «правильно», він повинен мати низку властивостей. Одне з найважливіших – октанове число. Саме воно написане на всіх бензозаправках, і від нього залежить якість та ціна бензину. Коли з вихлопної трубивалить чорний дим, а двигун видає різкі звуки, це означає, що бензин у циліндрах замість згоряння з належною йому швидкістю 15–60 м/с починає вибухати – детонувати зі швидкістю 2000–2500 м/с ( см. ВИБУХОВІ РЕЧОВИНИ). Детонаційна хвиля багаторазово відбивається від стінок циліндра, створюючи неприємний звук, різко знижуючи потужність двигуна та прискорюючи його знос.
Причина детонації – виділення енергії при підвищеному утворенні гідропероксидів ROOH у парах бензину при їх окисненні киснем повітря ( см. ПЕРОКСИДИ). Якщо концентрація гідропероксидів перевищить певну межу, станеться їх вибуховий розпад. Вибух пероксидів протікає за механізмом розгалужено-ланцюгових реакцій ( см. Ланцюгові реакції). Для підвищення детонаційної стійкості є два шляхи. Перший – підвищити у складі бензину частку розгалужених та ароматичних сполук. Другий - ввести в паливо невелику кількість спеціальних добавок. Зазвичай використовують обидва шляхи.
Щоб визначити антидетонаційні властивості отриманої суміші, у 1930-х було запропоновано спеціальну шкалу, відповідно до якої стійкість даного бензину до детонації порівнюється зі стійкістю стандартних сумішей. Як стандарти було обрано дві речовини: гептан нормальної будови та один із ізомерів октану – 2,2,4,-триметилпентан (його називають «ізооктаном»). Суміш парів гептану з повітрям при сильному стисканні легко детонує, тому якість гептану як палива вважається нульовою. Ізооктан, будучи розгалуженим вуглеводнем, стійкий до детонації, і його якість приймають 100. Октанове число визначають так. Готують суміш із нормального гептану та ізооктану, яка за своїми характеристиками еквівалентна випробуваному бензину. Відсотковий вміст ізооктану в цій суміші є октанове число бензину. Існують горючі рідини з вищими антидетонаційними характеристиками, ніж ізооктан. Добавки таких рідин дозволяють отримати бензин з октановим числом більше 100. Для оцінки октанового числа вище 100 створена умовна шкала, в якій використовують ізооктан з додаванням різних кількостей тетраетилсвинцю Pb(C 2 H 5) 4 . Відомо, що ця речовина вже дуже малих концентраціях значно підвищує октанове число бензину. Знаючи, скільки тетраетилсвинцю треба додати в бензин, щоб підвищити його октанове число на одну одиницю, нескладно приготувати з ізооктан стандартні суміші з октановим числом 101, 102 і т.д.
Октанове число визначають різними способами. Для автомобільних бензинів застосовують два методи – моторний та дослідницький. У першому випадку моделюють роботу двигуна в умовах великих навантажень (рух по шосе з високою швидкістю), у другому – у міських умовах (швидкість руху невелика та відбуваються часті зупинки). Літера «І» в марці бензину АІ-93 таки означає, що октанове число цього бензину отримано дослідницьким методом. А якщо зазначено, що октанове число бензину дорівнює просто 76, це означає, що воно отримано моторним методом.
Роль будови вуглеводню наочно видно з таблиці, де наведені октанові числа деяких чистих хімічних сполукотримані моторним методом:
Видно, що підвищенню октанового числа сприяють розгалуження ланцюга, введення подвійного зв'язку та поява ароматичного кільця. Наприклад, якщо в результаті ізомеризації нормального гексану (процес йде в присутності каталізатора) отримати суміш розгалужених ізомерів цього вуглеводню:
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 октанове октанове число суміші підвищиться відразу на 20 одиниць.
Бензин, який отримується з нафти простою перегонкою (такий бензин називається прямогонним), має низьке октанове число – в межах 41–56, тому зараз такий бензин не використовується. Для підвищення октанового числа використовують сучасніші методи переробки нафти (термічний і каталітичний крекінг, риформінг). Термічний крекінг (від англійського cracking – розщеплення) виробляють нагріванням нафти до 450–550 о С під тиском у кілька атмосфер. При цьому молекули важких вуглеводнів, яких багато в сирій нафті, розщеплюються до коротших, серед яких багато ненасичених. Першу у світі установку з крекінгу рідкої нафти запатентували російські інженери В.Г.Шухов і С.Гаврилов (модель цієї установки, зроблена по справжньому кресленню патенту, отриманого Шуховим в 1891, знаходиться в Політехнічному музеї в Москві). У бензину термічного крекінгу октанове число підвищується до 65-70. У ході каталітичного крекінгу процес ведуть у присутності алюмосилікатного каталізатора. У бензину каталітичного крекінгу октанове число підвищується до 75-81. Риформінг (від англійського reform – перетворювати, покращувати) проводять у присутності каталізаторів, що сприяють ароматизації насичених вуглеводнів та підвищують частку ароматичних вуглеводнів з 10 до 60%. Раніше як каталізатори застосовували оксиди молібдену та алюмінію, зараз використовують каталізатори, що містять платину (тому такий процес називають платформінгом). У бензину, що отримується шляхом каталітичного риформінгу, октанове число ще вище і дорівнює 77-86.
Для підвищення октанового числа бензин вводять також так звані високооктанові компоненти. До них відносяться ароматичні вуглеводні з коротким розгалуженим бічним ланцюгом, наприклад, кумол С 6 Н 5 СН(СН 3) 2 . Інша добавка – так званий алкілат (алкілбензин), суміш насичених вуглеводнів изостроения, одержувана алкілуванням ізобутану ненасиченими вуглеводнями – алкенами, переважно бутиленами. В результаті утворюється суміш ізооктанів:
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). Алкілат має октанове число не менше 90-91,5. Дуже ефективно введення в бензин добавки метил- трет-бутилового ефіру СН 3 -О-С(СН 3) 3 - нетоксичної рідини з октановим числом 117; бензин можна додавати до 11% цієї речовини без зниження його експлуатаційних характеристик. Таким чином, сучасний автомобільний бензин – це складна суміш вуглеводнів, отриманих у різних процесах переробки нафти та спеціальних добавок.
Щоб підвищити октанове число бензину, широко використовують і другий метод: додають до нього спеціальні речовини – антидетонатори. Найпершим був порівняно недорогий і дуже ефективний тетраэтилсвинец – безбарвна токсична рідина. При високій температуріу молекулах цієї сполуки легко рвуться зв'язки Pb–C, з утворенням етильних радикалів ( см. ВІЛЬНІ РАДИКАЛИ):
Pb(C 2 H 5) 4 = Pb + 4C 2 H 5 . Атоми свинцю легко окислюються киснем до оксидів свинцю (залежно від температури утворюються суміші PbO і PbO 2), а діоксид ефективно руйнує гідропероксиди з утворенням малоактивних сполук – альдегідів, спиртів та ін., наприклад: 2RCH 2 COOH + 2PbO 2 ® 2RC 2RC Щоб оксиди свинцю, що утворилися при згорянні тетраетилсвинцю, не відкладалися на внутрішніх деталях двигуна, в бензин одночасно вводять спеціальний «виносник» свинцю (0,3–0,4%), зазвичай це етилбромід C 2 H 5 Br і дибромпропан C 3 H 6 Br 2 . Тоді свинець виноситься разом із вихлопними газамиу вигляді броміду PbBr 2 . Суміш тетраетилсвинцю з етилбромідом називається етилової рідиною, а бензин з такою добавкою називається етилованим (щоб відрізнити етилований бензин від звичайного, його фарбують). Добавка лише 0,1% тетраетилсвинцю може підвищити октанове число бензину на 10 одиниць. В авіаційні бензини додають до 0,3% тетраетилсвинцю. Однак це з'єднання високотоксичне: гранично допустима концентрація його пари в повітрі дорівнює всього 0,005 мг/м 3 набагато менше, ніж у хлору. Крім того, отруйні з'єднання свинцю сильно забруднюють пришосейні ділянки землі. Все це призвело в багатьох країнах до повної заборони етилованого бензину як автомобільного паливаабо до значного обмеження застосування.
Були розроблені й інші, менш токсичні антидетонатори, наприклад, трикарбоніл(232-циклопентадієніл)марганець Mn(CO) 3 (C 5 H 5), димер карбоніл(232-циклопентадієніл)нікелю 2 , фероцен Fe(C 5 H 5) 2 . На жаль, ці антидетонатори занадто дорогі, а також утворюють твердий нагар на стінках циліндрів у значно більших кількостях, ніж тетраетилсвинець, так що робота в цій галузі триває.
Роль збільшення октанового числа можна проілюструвати з прикладу авіаційного бензину під час Другої світової війни. Цю війну часто називають "війною моторів". Двигуни – це танки, самохідні гармати, літаки. Для моторів необхідне паливо, і певну роль у поразці Німеччини та її союзників зіграла нестача палива. Менш відомий, але не менш важливий фактор– наявність у країн антигітлерівської коаліції найкращого за якістю бензину. У німців та японців октанове число авіаційних бензинів не перевищувало 87–90, тоді як у їхніх противників воно було не менше 100. Хоча різниця може здатися невеликою, льотчики оцінили її повною мірою: вона дозволила на 30% збільшити потужність авіаційного двигунапри зльоті та наборі висоти; на 20% знизити витрату палива та на стільки ж збільшити дальність польоту, на 25% збільшити корисне навантаження(а це бомби, снаряди, додаткове озброєння), на 10% збільшити максимальну швидкістьта на 12% – висоту польоту. Як зазначив британський міністр Девід Ллойд Джордж, його країна не змогла б виграти в 1940 повітряну «битву за Британію», якби англійські льотчики не мали авіаційного бензину марки «100».
Масове виробництво "100-го" бензину почалося в США наприкінці 1930-х, коли промисловість перейшла на каталітичний процес переробки нафти, розроблений французьким інженером Еженом Гудрі. Він іммігрував до США у 1930, а вже у червні 1936 почала працювати напівпромислова установка Гудрі продуктивністю 2000 барелів на добу (американський барель для сирої нафти та нафтопродуктів дорівнює 139 л). Успішна роботаустановки дозволила вже за 10 місяців ввести в дію повномасштабний завод потужністю 15 тис. барелів на добу. Інші нафтові компанії також почали впроваджувати на своїх підприємствах установки Гудрі, і в 1939 році, напередодні світової війни, їх сумарна продуктивність досягла 220 тис. барелів на добу. У 1940 році Гудрі вдалося істотно поліпшити роботу реакторів, замінивши природні глини на більш продуктивний синтетичний алюмосилікатний каталізатор. В результаті «бензин Гудрі» мав октанове число 82, тоді як раніше не вдавалося отримати більше 72. Тому саме бензин, що отримується на установках Гудрі, став основою для отримання нового високоякісного бензину (з нечуваним на той час октановим числом, що досягає 100 і більше) у широких масштабах.
Армійські чини США ще 1934 року зацікавилися бензином з октановим числом 100. Випробування показали, що він дає значні переваги і є стратегічним продуктом. Але цей бензин був на той час дуже дефіцитним. Його отримували, додаючи тетраетилсвинець, ізооктан, ізопентан та інші компоненти до кращих сортів авіаційного бензину. Процес Гудрі дозволив вдвічі знизити кількість дорогих добавок, необхідних отримання «бензину-100». Заслуги Гудрі оцінили американським урядом: невдовзі після вступу США у війну він став громадянином цієї країни. У 1941–1942 установках, що працюють на основі процесу Гудрі, давали 90% усього авіаційного бензину країн антигітлерівської коаліції. До 1944 року продуктивність установок була доведена до максимуму – 373 тис. барелів на добу.
Гудрі отримав багато патентів на каталітичну переробку нафти. Досі у фахівців-нафтохімиків у ході терміни «гудрифлоу», «удріформінг» та ін; в Англо-російському словнику з хімії та переробки нафтинаведено сім подібних термінів.
Ілля Леєнсон
Якість палива та його основні характеристики безпосередньо впливають на те, як довго прослужить машина. Октанове та цетанове число – це базові характеристикиякості рідкого палива
Бензин – це суміш вуглеводнів, кількість кожного з компонентів у цій суміші визначають марку бензину та його експлуатаційні характеристики. Фото: tuning-lada-2109.ru
В загальних рисах
Октанове числопоказує нам стійкість палива до детонації (здатність палива до самозаймання) для двигунів.
Число в марці бензину показує вміст ізооктану в суміші з гептаном. Чим більше значення числа, тим нижче ймовірність того, що паливо може детонувати.
Зниження значення октанового числа може порушити рівну роботу двигуна. При високому значенні тиску вона здатна до самозаймання. Виникає різкий неприємний звук, знижується потужність. При детонації можуть бути пошкоджені внутрішні деталі двигуна, і він вимагатиме ремонту.
Для підвищення стійкості до детонації використовуються різні видиприсадок. Цей спосібДосить часто застосовується на заправках у Росії. При заправці на станції покращеним подібним способом бензином необхідно звертати увагу на свічки. Якщо з'явився нагар, це ознака невідповідності бензину технічним характеристикам.
Шкала значень та види октанового числа
При визначенні значення ОЧ застосовується шкала, що дозволяє порівняти досліджуваний зразок бензину та стандартну суміш. Фото: evo-ukr.com
У складі стандартного зразка дві речовини: гептан, пари якого здатні швидко детонувати та ізооктан, стійкий до детонації. Для аналізу бензину береться суміш цих речовин, яка має характеристики досліджуваного бензину, і обчислюється кількість ізооктану суміші. Якщо додавати в бензин унікальні горючі рідини, то ОЧ (октанове число) може підвищуватися і до 100. У цьому випадку керівництвом служить умовна шкала, основою якої служать суміш тетраетилсвинцю і ізооктану.
Види октанових чисел
ОЧІ – це дослідження ОЧ. Для його визначення застосовується одноциліндрова установка, що має змінним ступенемстиснення. Очі показує, як поведеться бензин при невисоких навантаженнях.
ОЧМ - октанове число моторне. Визначається аналогічно ОЧІ, але із збільшеною частотою обертання коленвала. ОЧМ має менше значення, ніж ОЧІ і показує поведінку палива при високих навантаженнях.
Цетанове число дизпалива
Цетанове число – головна характеристикаймовірності займання та згоряння дизельного палива. Високе значенняцетанового числа забезпечує повноцінне вигоряння паливної суміші. Фото: do.nn.ru
У чисельному вираженні ця характеристика можна порівняти з обсягом цетану в спеціальній суміші, що має період затримки аналогічний паливу, взятому для проведення тесту.
Значення цетанового числа 40-55 – це стандарт для дизпалива. Більше якісне паливомає показник від 51 до 55 одиниць.
Таке паливо класу Преміум містить фракції, які дозволяють швидко запускати двигун навіть узимку.
Методи збільшення значення октанового числа
Відповідно до ГОСТ 2084-77, марки А-72 та А-76 за моторного методумають октанове число 72 і 76 відповідно, а АІ-93 і АІ-95 за методом дослідження мають детонаційну стійкість 93 і 95. Будьте уважні при заправці свого автомобіля. Бензин з маркою АІ-76 бути не може. Він не застосовується дослідницький метод.
Підвищення октанового числа можливе декількома способами:
На жаль, як з'ясував Росстандарт, на заправках з бензину частенько випаровується його якість і октанове число в половині випадків нижче за заявлене. Це призводить до проблем із двигуном машини. за зовнішньому виглядутаке паливо важко відрізнити від якісного. Краще знайти для себе заправку, якість бензину на якій добре відомо.
Про результати тестів палива ви дізнаєтесь із цього відео:
