Октановое число – ключевой показатель качества автомобильного бензина. Высокое октановое число обеспечивает эффективную работу двигателя и позволяет всем внутренним механизмам автомашины работать слаженно и безопасно, что повышает комфортность и удобство вождения транспортного средства.
Октановое число – что это?
С точки зрения химии, октановое число – это процентное соотношение в горючей смеси двух элементов: изооктана и н-гептана (или просто гептан). Изооктан – это алифатический предельный углеводород, смешиваемый с любыми другими углеводородами. Гептан – алкан, получаемый из прямогонного бензина.
В эталонной бензиновой смеси объем изооктана равен ста процентам, то есть его детонационная стойкость составляет все сто единиц. Гептан же, наоборот, обладает нулевой стойкостью к детонации, однако обеспечивает стабильность процессов сжигания горючего при работе двигателя. Таким образом, октановое число показывает, сколько в топливе содержится изооктана по отношению к гептану – и логично, что чем выше содержание «стойкого» к самовоспламенению вещества, тем выше ОЧ бензина и тем оно качественнее.
Октановое число имеет косвенную связь со степенью сжатия двигателя. Степень сжатия – это соотношение максимального возможного цилиндрического объема и полного объема рабочей камеры. Простыми словами – параметр характеризует, насколько сильно сжимается горючее в рабочем цилиндре. Чем выше степень, тем большее октановое число должно быть у топлива.
Интересно, что октановое число в 100 единиц — это не предел. Дело в том, что в химии существует множество вариантов соединения углерода и водорода, а сами атомы углерода весьма вариабельны и могут принимать форму линий, разветвлений, образовывать различные циклы. По отношению к свойству самодетонации «слабее» всех оказались линейные углеводороды, обычно образующиеся вследствие прямой перегонки сырья. Длинные цепи таких соединений атомов не способны эффективно противостоять самовозгоранию. Изомерные углеводороды – как изооктан – имеют структуру разветвления и справляются с задачей гораздо лучше. Но, как оказалось, пальма первенства – углеводороды с образованными бензольными кольцами. Они обладают ОЧ выше 100. Кстати, ОЧ в 110 единиц – характеристика этилового спирта, а ацетон имеет ОЧ в 108 пунктов.
Детонационная стойкость
Детонационная стойкость – это свойство горючего не самовоспламеняться в рабочей камере транспортного средства во время сжатия. Детонация обуславливается способностью углеводородов окисляться – так, не подвергшиеся горению углеводороды окисляются, после чего происходит их распад. Накапливаясь и увеличивая концентрацию, опасные соединения в итоге вызывают «взрыв», т.е. саму детонацию. О произошедшей детонации сигнализируют характерные звуки во время движения автомобиля, а также повышение дымности выхлопа и резкое снижение КПД моторного узла.
Октановое число марок бензина показывает, насколько смесь защищена от данных разрушительных процессов. Во время прямой перегонки, каталитического крекинга и риформинга удается получить бензин с изначально низким октановым числом. Для увеличения стойкости к самовоспламенению в составы добавляют специальные присадки.
Октановое число бензина
Определение октанового числа прямо указывает, что показатель зависит от процентного соотношение изооктана в смеси. Так, марка бензина АИ 92 обладает достаточно высокой, но не максимальной, стойкостью к самодетонации, а отношение изооктана к н-гептану в жидкости равно 92 к 8.
АИ 95 обладает чуть более высоким ОЧ, однако даже такая разница существенно влияет на состояние внутренних узлов автомобиля. Так, чем чаще происходит детонация, тем быстрее разрушаются моторный механизм и цилиндро-поршневая группа.
Самыми высокими показателями стойкости к детонации внутри ДВС обладают марки бензина АИ 98 и АИ 100.
Достаточно высоким показателем ОЧ должен обладать авиационный бензин – не ниже 91 пункта, что регулируется ГОСТ.
Повысить октановый показатель выше 100 пунктов могут и мощные автомобильные присадки промышленного назначения. Так получается бензин для сверхскоростных автомобилей и форсированных двигателей. Такой непросто найти на АЗС, но он реализуется оптово для определенных задач.
Октановое число дизеля
Особенности функционирования дизельного топлива не делают обязательным измерение октанового числа для солярки. Данный показатель не имеет отношения к дизельным ДВС. Это обусловлено тем, что во время работы такого типа мотора в цилиндры сначала поступает воздух, сжимается и одновременно греется до максимальных значений температуры; далее в рабочую полость направляется топливная смесь; контактируя с воздухом, она воспламеняется, одновременно возрастает давление внутри цилиндра и в конце происходит запуск узла. Поэтому для дизельного двигателя гораздо более значимое свойство – это способность жидкости к воспламенению во время цикла сжатия.
Октановое число дизельного топлива заменяется на цетановое, которое и демонстрирует описанные процессы. Цифровые значения определены ГОСТ и варьируются от 40 до 55 пунктов. Чем выше цетановое число, тем более равномерно воспламеняется горючее и тем безопаснее происходят термопроцессы относительно состояния рабочих узлов.
Октановое число керосина
Керосин – еще одна подверженная горению смесь углеводородов с максимальным содержанием алифатических предельных углеводородов в 60%. Образуется в процессе прямой перегонки нефти, ректификации сырья, а также при вторичной обработке жидкой нефти с предшествующей гидроочисткой. Используется преимущественно как авиационное топливо.
Двигатели, которые питаются керосином, имеют отличия от автомобильных моторов, в которые заливается бензин. В последних важно, чтобы горючее воспламенялось одновременно с возникновением искры от свечи зажигания. Как у любого вещества с углеводородным составом, керосин имеет октановое число, но его вычисление в лабораторных условиях не имеет практической важности. ОЧ керосина достаточно низкое – 30 пунктов, авиационного керосина – выше.
Ближе к керосину находится цетановое число, которое также характеризует качество солярки. Однако и здесь показатель не велик – до 40 пунктов.
Октановое число газа
Метан – основной компонент природного газа, простое углеводородное соединение, которое, в отличие от бензинов и солярки, не требует многочисленных этапов очистки.
Одно из физических свойств этого бесцветного газа – минимальное коррозийное влияние на внутренние поверхности во время сгорания; сбалансированный процесс сгорания; ровное и плотное горение на протяжении всего этапа. Температура самовоспламенения выше, чем у других видов топлив – почти +600 С.
Метан обладает октановым числом в диапазоне от 110 до 125 пунктов, очень высокий показатель. Кроме того, даже попадая во внешнюю среду, газ быстро улетучивается в атмосферу, что снижает риск возникновения пожароопасной ситуации.
Чуть ниже октановое число пропана – 105 единиц, может варьироваться на 2 единицы в меньшую сторону и на 5 единиц – в большую. Если говорить технически верно, то у пропана нет октанового числа в «привычном» понимании (как у бензина), то же самое - октановое число метана. Пропан не имеет свойства воспламеняться от сжатия, в нем нет октана как химического соединения атомов. Поэтому цифровые значения просто дают антидетонационную характеристику согласно принятым наименованиям.
Как определить октановое число
Методы определения октанового числа в лаборатории – так называемые моторный и исследовательский.
Моторный метод подразумевает размещение исследуемого вещества в специальную установку, воспроизводящую условия работы двигателя внутреннего сгорания. Как только блоки, улавливающие детонацию, сигнализируют о самовоспламенении смеси, процесс фиксируется и определяется октановое число.
Исследовательский метод осуществляется на установке, технически схожей с используемой в моторном, но с разностью температур и оборотов «двигателя». Такой агрегат более близок к стандартной работе моторного узла в режиме перемещений по городу. Фиксируемое октановое число также определяется по моменту детонации. Маркировка АИ 92 и другие означают, что анализатор параметра – именно исследовательский.
Прибор для измерения октанового числа
Для быстрого определения параметра в розничной продаже можно найти прибор для измерения ОЧ – октанометр. Он используется автолюбителями на тех АЗС, где возникают сомнения в качестве продукта. Октанометр определяет момент самодетонации, пропуская разряд электричества через жидкость. Чем выше сопротивляемость смеси, тем выше октановое число. Результат исследования появляется сразу же. Измеритель портативный и его можно брать с собой в дорогу. Для правильной работы октанометра желательно выполнять еженедельную калибровку аппарата по эталонной смеси.
Как повысить октановое число
Основная задача производителей нефтепродуктов - как повысить октановое число бензина безопасно и для человека, и для экологии. Ведь длительное время в качестве октаноповышающей присадки использовался запрещенный ныне тетраэтилсвинец – токсичное соединение, опасное для человека при его постоянном вдыхании. Он эффективно поднимал конечное ОЧ жидкости, однако был очень опасен, и в результате мировое сообщество приняло решение искать способы повышения стойкости к детонации, не наносящие вреда в процессе сжигания.
Пока что в результате анализов и практического применения было решено остановиться на метил-трет-бутиловом эфире и монометиланилине – МТБЭ и ММА соответственно. Чтобы увеличить октановое число бензина АИ 92 на несколько пунктов, с состав необходимо влить как минимум 7% МТБЭ (предельная норма – 11% от общего объема). Однако исследования, на что влияет МТБЭ (и ММА) продолжаются, регулярно заново оцениваются негативные воздействия использования присадок, и не исключено, что скоро данным веществ будет найдена более эффективная замена.
Как понизить октановое число
Иногда возникает необходимость получить топливо с более низким ОЧ (например, из-за несовместимости состава с характеристиками двигателя), при этом не покупая новые объемы. Условия хранения бензина и продолжительность его контакта с кислородов – вот от чего зависит снижение ОЧ в жидкости. Открытая крышка канистры убыстряет снижение показателя, как и хранение емкостей при повышенной температуре. В крайнем случае автолюбители разбавляют состав другой маркой бензина, фиксируя результат октанометром.