Октановое числосостав бензина

Октановое число

Состав бензина

Цетановое число

Качественный бензин

Октановое число

Октановое число и цетановое число. Из-за принципиально разного устройства двигателей Даймлера и Дизеля к бензину и дизельному топливу предъявляются прямо противоположные требования.

В двигателе внутреннего сгорания с принудительным поджигом смесь бензина и воздуха в цилиндре при сжатии не должна самовоспламеняться. Если же это случится, возникает детонация.

Впервые устойчивость бензинов к детонации была исследована в 1921 г. американским инженером Г. Рикардо. Он предложил первую шкалу детонационной стойкости бензинов. В начале 30-х г. из-за высокой стойкости к детонации за стандарт был выбран изооктан (2,2,4-триметилпентан). Это соединение смешивали в самых разных соотношениях с гептаном нормального строения (он весьма склонен к детонации), и у каждого образца определяли детонационную стойкость. Октановое число данного сорта бензина численно равно содержанию (в объёмных процентах) изооктана в его смеси с гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытания. Октановое число может превышать 100 (если бензин ещё более стоек к детонации, чем чистый изооктан).

*Детонация — это взрывное воспламенение топлива, которое проявляет себя в виде характерного звука и приводит к быстрому износу двигателя. При детонации фронт пламени распространяется со скоростью 2—2,5 км/с, тогда как при нормальном сгорании топлива в цилиндре скорость составляет лишь 15—60 м/с.

Если для бензина важно, чтобы он не воспламенялся в смеси с воздухом даже при высокой степени сжатия, то для дизельного топлива, напротив, необходимо, чтобы оно самопроизвольно воспламенялось в цилиндре. Для характеристики способности разных сортов дизельного топлива к воспламенению принято использовать цетановое число. Его определяют, сравнивая способность к воспламенению данного топлива и смеси углеводорода цетана (гексадекана C₁₆H₃₄ t кип=287 °C) с метилнафталином (жидкость с t кип=245 °С).

Октановое число различных бензинов

• Бензин прямой гонки 40—70
• Бензин термического крекинга 70—75
• Бензин каталитического крекинга 80—90
• Бензин риформинга 80—90

Цетановое число соответствует процентному содержанию цетана в смеси: чем оно выше, тем легче топливо самовоспламеняется при сжатии. Чем больше в топливе неразветвлённых насыщенных углеводородов и чем меньше разветвлённых и ароматических, тем выше способность к самовоспламенению и детонации. Бензобаки автомобилей заправляют смесью бензиновых фракций, выделенных в различных процессах переработки нефти. Базовые компоненты бензина, помимо бензина прямой перегонки, — это фракции, полученные в результате процессов каталитического и термического крекинга и риформинга. Октановые числа этих фракций, как правило, не превышают 90. Поэтому в состав автомобильного бензина включают также высокооктановые компоненты, которые получают в ходе специальных промышленных реакций.

Удлинение углеводородной цепи позволяет увеличить октановое число до 105. Смешение всех этих компонентов позволяет получить бензин с необходимым октановым числом.

Состав бензина

Бензин. Состав бензина

Проблему увеличения октанового числа бензинов можно решить с помощью специальных добавок (их называют антидетонационными присадками). Так, добавление 0,82 г тетраэтилсвинца Pb(С₂Н₅)₄ к 1 кг изооктана увеличивает октановое число бензина до 110. Огромный недостаток данной присадки (этиловой жидкости) заключается в том, что при её сгорании образуются высокотоксичные соединения свинца, большая часть которых с выхлопными газами выбрасывается в атмосферу. Из-за этого во многих странах запрещено применять тетраэтилсвинец.

Сейчас основными добавками, увеличивающими октановое число бензинов, служат кислородсодержащие соединения — этиловый спирт, трет-бутиловый спирт (СН₃)₃СОН, метил-трет- бутиловый эфир (СН₃)₃СОСН₃, метил-трет-амиловый эфир С₂Н₅С(СН₃)_2ОСН₃. Октановые числа этих соединений высоки (например, у (СН₃)₃СОСН₃ оно равно 120), а токсичность их, а также продуктов их сгорания (вода и углекислый газ) низка.

Качественный бензин

Качественный бензин

Помимо октанового числа бензина, которое должно соответствовать классу двигателя, к топливу предъявляется ещё несколько важных требований. Прежде всего это его фракционный состав — содержание в бензине отдельных фракций с различными температурами кипения. От фракционного состава зависят условия пуска двигателя, длительность прогрева, полнота сгорания топлива.

При промышленном выпуске бензинов в них растворяют газообразные линейные и разветвлённые бутаны, которые не только обладают высокими октановыми числами, но и характеризуются высоким давлением насыщенных паров.
Ещё одно требование — химическая стабильность. Для увеличения стабильности в бензин при хранении добавляют специальные соединения — антиоксиданты. Их действие основано на замедлении процессов окисления за счёт превращения активных радикалов в малоактивные. При отрыве активным радикалом атома водорода от ОН-группы образуется неактивный радикал, прерывающий цепную реакцию окисления.

Сравните дорогие духи с их сложным неповторимым ароматом и характерно пахнущую маслянистую желтоватую жидкость, заливаемую в баки автомобилей на бензоколонках. На первый взгляд может показаться, что парфюмерный шедевр — это кропотливая филигранная работа, а бензин — всего лишь продукт крупнотоннажного химического производства. На самом же деле по сложности композиция обыкновенного бензина может потягаться с хорошими духами, а требования, предъявляемые современным обществом к качеству, экономичности, экологической чистоте бензина, стимулируют работу сотен химических лабораторий по всему миру. Настоящие исполины мировой нефтехимической промышленности — «Бритиш Петролеум», «Шелл», «Шеврон» — ежегодно тратят миллионы долларов на разработку более совершенных, безопасных для природы антидетонационных присадок, на поиск новых уникальных композиций топлива. А поскольку не за горами тот день, когда нефтяные запасы Земли истощатся, перед химиками стоит фантастическая по своей сложности задача — как с умом истратить то, что есть, а потом найти, чем это можно заменить.

*Этиловая жидкость — раствор тетраэтилсвинца в этилбромиде С₂Н₅Вr. При её сгорании свинец переходит в летучий бромид PbВr₂ (t пл=370 °С, t кип=893 °С).

Совет: Определить, есть ли в бензине тетраэтилсвинец, можно с помощью качественной реакции, носящей имя Кимштедта. Несколько капель бензина наносят на фильтровальную бумагу и высушивают. При обработке сероводородом или сульфидом аммония образуется сульфид свинца, и на фильтровальной бумаге появляется интенсивная тёмная окраска.

Состав и виды бензина

Вопреки распространённому мнению, бензин не является моновеществом с чёткой структурой. На самом деле это смесь углеводородов, имеющая, в зависимости от марки и названия, и разное молекулярное строение. Свойства разных марок, состав бензина под разными торговыми названиями обусловлены именно этим.

Коротко о производстве – «откуда что берётся»

Чтобы получить это топливо, с сырой нефтью (которая является основным сырьём для производства бензина, хотя производить его можно и из сланцев, и даже из каменного угля, но эти способы дороже) проделывают различные манипуляции, например, низкотемпературная (риформинг) и высокотемпературная (крекинг) обработка сырья. Полученный в результате этих разных методов бензин затем смешивается в уже товарную форму. Таким образом, состав бензина многокомпонентен. Упрощённо процесс создания этого топлива выглядит так:

1. Атмосферно-вакуумная перегонка с получением самого легко извлекаемого бензина.
2. Извлечение серы и солей, которые значительно ухудшают качество бензина. Российская нефть, кстати, очень богата серой, поэтому на мировых рынках ценится даже ниже азербайджанской, например. Исключение – сахалинская нефть с большим количеством лёгких фракций.
3. Отправка оставшихся нефтяных фракций частично на вторичную перегонку, частично – на каталитический крекинг. Из вторичной перегонки фракции идут на каталитический риформинг.
4. В результате крекинга оставшихся тяжёлых фракций при нагреве (иногда до 700⁰С) рвутся молекулярные цепочки, и образуется вторичный бензин. Если при низкотемпературном процессе выход бензина из сырой нефти не превышает 20%, то в результате высокотемпературного крекинга бензина из нефти можно получить уже до 70%.
5. Тяжёлые нефтяные фракции из процессов атмосферно-вакуумной перегонки, из вторичной перегонки и из каталитического риформинга поступают на участок «газофракционирующая установка». Из неё, а так же с установки каталитического крекинга, идут компоненты в смесь, которая и является собственно бензином. А из смеси затем уже выделяют сорта и классы АИ-92, АИ-95, Евро-3 и т.д.

Маркировка бензина

Какие химические свойства бензина используются при его продаже потребителям? Для работы бензина в качестве моторного топлива важны:

1. Испаряемость.
2. Воспламеняемость и, как следствие – способность к горению.
3. Образованию отложений (нагара) – которых должно быть как можно меньше.
4. Коррозионная активность.
5. Способность к детонации.

Маркировка бензинов из продающихся на заправках в России сейчас такова: АИ-92, АИ-95 и АИ-98. Выпускаемые раньше для грузовых траков А-72 и АИ-80 в соответствии с переходом на евростандарты сняты с производства из-за их большого количества токсичных веществ, входящих в состав бензина и в продуктах выхлопа.

Что же означают буквы «А» и «И» в названии топлива?

Метод определения октанового числа – моторный, обозначается литерой «А», и/или исследовательский, обозначаемый «И». При моторном методе измеряют детонационные свойства воздушно-бензиновой взрывоопасной смеси, поступающей из карбюратора или инжекторов в камеру сгорания, притом на нормальных режимах работы мотора. При исследовательском – на предельных, форсированных или просто повышенных оборотах и нагрузках. Так как исследования проводятся обоими методами, маркировка бензинов использует обе литеры – «АИ»

Октановое число – что это?

Теперь о сути самого термина. Так как состав бензина в основном – это смесь изооктана и гептана с их разной способностью к детонации в камерах сгорания двигателей, то замер этой их способности к детонации в момент воспламенения и измеряют на специальном двигателе для испытаний бензиновой смеси.

При этом если превалирует изооктан – возрастает детонация. Если гептан – детонация падает до нуля, но возрастает температура горения, что идёт к износу всех деталей, содержащих силикон и резину (сальники), они твердеют и крошатся; прогорают клапана и стенки цилиндров. В большинстве случаев (кроме специальных) октановое число совпадает с процентом содержания в бензине изооктана.

Экологические требования к топливу

Природа Земли – равновесная система взаимодействия растительного и животного мира, притом как на суше, так и в океане. Загрязнение её ведет к гибели многих живых существ, а значит и к оскудению многообразия генофонда планеты. А именно так – в планетарном масштабе, — нужно мыслить, если человечество хочет выжить и сохранить всё многообразие природы. Но!

Продукты сгорания нефти, особенно без должной степени очистки по параметрам, принятым международными правилами в последнее время, в больших количествах смертельно опасны для окружающей среды. Впрочем, токсичны не только продукты сгорания, но и сама нефть и все её производные и антидетонационные присадки. Например, тетраэтилсвинец. Или наличие в бензине углеводородов с двойными связями, что характерно в составе бензина вторичной возгонки после каталитического крекинга нефти.

Впрочем, экологические требования к топливам ужесточаются из года в год, что служит хоть какой-то гарантией чистоты окружающей среды. Даже бьющие по карману потребителя налоги за содержание и покупку автомобилей со старыми экологическими нормами также способствуют сбережению природы.

Особо стоит остановиться на бензинах класса «Евро» под маркировкой 3, 4 ,5 и 6. Это бензины особой экологической чистоты, при сгорании которых выделяется на 10-12% меньше угарного и углекислого газов, понижено в полтора – два раза содержание бензола (его там 1,00 % макс.), серы – 1,00 ррм не более, ароматических углеводородов – 42, 35, 35 и 24 % соответственно, наличие моющих присадок – обязательно, а выбросы окислов азота уменьшены на 5,0 у Евро3, 3,2 – у Евро4, 2,0 – у Евро5 и 0,46 у Евро6.

Россия также не остаётся в стороне от общемирового тренда: компанией «Лукойл» выпущен бензин ЭКТО100. Топливо прошло экспертизу швейцарской компании Intertek и получило высокую оценку по классу экологичности. По отзывам потребителей, если на крышке бензобака обозначено, что топливо должно быть не ниже АИ95, а ездили на АИ98, то свойства бензина ЭКТО100 таковы, что заправка им только улучшила характеристики работы мотора.

Сезонный бензин

Среди водителей имеет хождение стойкий миф о том, что в сильные холода (минус 20 градусов и ниже) следует заливать в бензобак бензин с более низким, на одну ступень, чем рекомендовано, октановым числом. Например, АИ-92 вместо «родного» АИ-95.Чем мотивируют? Более низкой температурой воспламенения, а значит – его надёжностью загораться в цилиндрах двигателя в сильный мороз.

Ну, хорошо. Залили вы 10 литров АИ-92 вместо рекомендованного АИ-95 при холоде на улице в минус 20. А в течение дня мороз спал до минус 10, свойства бензина другие, отличающиеся от расчётных – и зазвенели клапана и цилиндры от «вдруг» возникшей детонации! Замена мотора потом обойдётся несопоставимо дороже копеечной экономии.

Тем более, что такую замену можно делать, если в инструкции по эксплуатации вашей машины прямо сказано, что такая замена топлива на с более низким октановым числом вообще допустима.

Мало кто знает, что все крупные компании производят бензин в зависимости от времени года, так существует зимний и летний его состав, именно для целей более надежной работы двигателя в разные времена года.

Так что, выбирая топливо для зимних поездок, стоит обратить внимание не на октановое число, а на такой показатель, как «давление насыщенных паров» — ДНП, измеряемого в килопаскалях (кПа). Чем выше ДНП, тем лучше воспламеняемость воздушно-бензиновой смеси.

Для зимнего бензина степень упругости смеси вместо 80 кПа должна быть 90-100 кПа.

Обычный, «летний», бензин, превращается в «зимний» добавлением бутана. Если технология смешивания произведена верно, на выходе получится легко воспламеняемая в морозы смесь.

Но многие ли заправочные станции заморачиваются такой заботой о потребителе? Крупные, брендовые – да. Удар по их престижу может обернуться многомиллионными убытками, особенно, если после грамотной экспертизы и распиаренной в СМИ историей автомобилист докажет убытки по вине автозаправочного гиганта. С мелких же производителей, зачастую, взятки гладки. Закроют его керосиновую лавочку – он возродится под другим названием и под другой фамилией. Любимой тёщи, например. А теперь представьте такую же манипуляцию с названием и сменой фактического владельца у бренда «Лукойл»?

Другие показатели. Октан – это ещё не всё!

С соотношением изооктана и гептана, влияющим на антидетонационные качества бензина, вроде всё ясно. От чего же ещё зависит эффективность сгорания топлива под названием «бензин»?

У сложных углеводородов, входящих в его состав, разная степень испаряемости и закипания, а эти показатели напрямую влияют на работу мотора. Качество бензина как раз и зависит от соотношения фракций, закипающих при разной температуре. Различия в составе всех АИ и Евро, таким образом, обусловлены процентным соотношением легко- и трудно- закипаемых фракций.

Для чего вводятся такие фракции в состав бензина? Если не вдаваться в тонкости термодинамики и процентного химического состава топлива, то картина складывается следующая:

• Закипающие при низкой температуре (от 27⁰С) служат для первичного воспламенения при пуске холодного двигателя;
• Кипящие до 100⁰С – для стабильной работы мотора при движении;
• Кипящие до 200 градусов на конечной стадии движения и при выключении мотора – чтобы он не продолжал работать даже при выключении зажигания за счёт того, что части двигателя раскалены (калильное зажигание).

Кроме того, различаются также и виды бензинов. Они бывают этилированные и неэтилированные. Вторые – без этилсвинцовых добавок. Но главное, пожалуй, отличие видов бензинов – это авиационные и автомобильные.

Коротко об авиационном бензине

Авиационный бензин – это топливо, используемое для поршневых авиационных двигателей. Не для реактивных самолётов – там в качестве топлива используют авиационный керосин.

Особенность авиационного двигателя, в отличие от автомобильного, в том, что в большинстве случаев используется принудительный впрыск топлива в цилиндры двигателя.

Маркировка авиабензинов производится, в отличие от автомобильных АИ, литерой «Б». На данный момент в России взамен ранее выпускавшихся бензинов Б-91-115 и Б-95-139 разработан и пошёл в серию универсальный бензин Б-92, в котором отсутствует показатель «сортность на богатой смеси», что позволило наряду с нормальной работой на всех режимах расширить ресурсы двигателей и значительно уменьшить содержание в бензине тетраэтилсвинца.

Кроме топливного Б-92 в России выпускается и авиационный Б-70, но используют его чаще всего в качестве бензинового растворителя в производстве и для бытовых нужд.

Послесловие

Если использовать не нефтяные ресурсы в качестве источника для получения топлива, то перспективы как экологии, так и самого наличия топливно-энергетического комплекса выглядят не столь удручающе, как это есть на сегодняшний момент.

В качестве альтернатив могут быть использованы технологии переработки сжиженных газов, растительных масел из ряда непищевых сортов, спирты на основе этилового, но главное – водород, не оставляющий после себя СО и СО2.

Отдельное направление – создание экономичных и компактных аккумуляторов и электродвигателя, работающего в паре с ними.

Пока что идёт химическое совершенствование бензинов, ужесточение экологических требований к ним, но, как следствие – увеличение цены. Что вкупе с увеличением численности народонаселения планеты и доступ всё большего числа людей всех континентов к благам цивилизации, к которым, несомненно, относится и всеобщая автомобилизация – перспективы отрасли остаются неопределёнными.

Октановое число бензина и его влияние на эксплуатацию

На большинстве современных заправочных станций продается бензин 3 разновидностей, обозначаемый А-92, А-95 и А-98. Маркировка, подходящая конкретному автомобилю, прописана в инструкции по эксплуатации. Многие автолюбители знают, что цифры в названии указывают на октановое число бензина, но не понимают значения и важности данного параметра. Причем ради экономии некоторые водители заправляют горючее более низкой марки, нежели требует производитель авто. Цель публикации – разъяснить, что означает цифровая характеристика топлива.

Общее понятие

Горючая смесь топлива с воздухом перед воспламенением сжимается в цилиндре. Причем степень сжатия зависит от конструкции двигателя и находится в пределах 7–10. Важный момент: бензин должен воспламениться в определенный момент, когда на электроды свечи зажигания подается искровой разряд.

Справка. Стоит прояснить, что означает степень сжатия двигателя. Это цифра, показывающая, во сколько раз сжимается горючая смесь перед воспламенением. Вычисляется просто: общий литраж цилиндра делится на объем камеры сгорания. В старых моторах данный показатель равен 7, в более современных двигателях достигает 9–10.

Если топливовоздушная смесь вспыхнет раньше времени в процессе сдавливания поршнем (как в дизеле), произойдет следующее:

1. Самовоспламенение бензина вызывает микровзрыв – горение со слишком высокой скоростью.
2. Энергия вспышки распространяется в двух направлениях – в сторону поршня и камеры сгорания.
3. Поскольку все клапаны закрыты, удар отражается от стенок и обрушивается на поршень, продолжающий двигаться вверх. Раздается громкий металлический стук поршневого пальца.

Октановое число бензина характеризует его детонационную стойкость и определяется как процентное соотношение смеси двух углеводородов, входящих в состав топлива:

• изооктан, практически неспособный к самовозгоранию при высоком давлении;
• н-гептан, наоборот, вспыхивает при небольшом сжатии.

Детонационная характеристика изооктана принимается равной 100 единицам, н-гептана – нулю. Чем больше доля первого вещества, тем выше стойкость горючего к самостоятельному воспламенению в процессе сдавливания.

Максимальное октановое число 98 единиц в маркировке бензина означает наибольшую детонационную стойкость. Такое горючее предназначено для моторов с наивысшей степенью сжатия – 10. Соответственно, топливо марки 95 подходит двигателям, сжимающим смесь в 9 раз (таковых подавляющее большинство). Устаревающие версии силовых агрегатов со степенью сжатия 8 используют бензин А-92.

Буква «и» в буквенной части маркировки бензина Аи-95 означает, что октановое число измерялось исследовательским методом.

Заправка топливом с пониженным октановым числом

В погоне за экономией денежных средств владельцы машин со средней степенью сжатия 9 нередко заливают в бак более дешевый бензин А-92. Чем чревата постоянная эксплуатация автомобиля на топливе с пониженной детонационной стойкостью:

1. При увеличении нагрузки на мотор горючее в цилиндрах неизбежно самовоспламеняется. Характерные признаки: после нажатия педали акселератора слышится звонкий металлический перестук поршневых пальцев, мощность мотора падает.
2. Детонация изнашивает цилиндропоршневую группу очень быстро. От частых микровзрывов и ударов возникает сильная вибрация, деформируются компрессионные кольца и тарелки клапанов.
3. Если длительное время использовать низкооктановое горючее, детали поршневой группы покрываются слоем нагара, часто выходят из строя свечи зажигания.

На большинстве современных авто, где подачей топлива ведает электроника, установлены датчики детонации. Получая от такого измерителя сигнал о критической вибрации, контроллер пытается улучшить условия горения – уменьшает угол опережения зажигания и меняет соотношение воздуха и бензина в смеси. Подобные меры продлевают ресурс двигателя, но не позволяют полностью избавиться от детонации, ведь степень сжатия уменьшить на ходу невозможно.

Примечание. В прежние времена мастеровитые водители уменьшали степень сжатия мотора под низкое октановое число бензина. Суть переделки: под головку блока цилиндров ставится дополнительная прокладка (или две), объем камеры сгорания увеличивается, степень сжатия снижается.

Если в силу различных причин вам довелось заправиться топливом с невысоким октановым числом, старайтесь не нагружать силовой агрегат – избегайте резких нажатий педали газа. Как только услышите металлический стук пальцев, сразу отпускайте акселератор. Обязательно долейте высокооктановый бензин на ближайшей заправочной станции.

Применение высокооктанового бензина

В краткосрочной перспективе заливка бензина с повышенной стойкостью к детонации не приносит вреда автомобильному двигателю, рассчитанному на низкооктановое горючее. Но существует ряд причин, по которым заправляться высокооктановым топливом не рекомендуется:

1. Экономическая целесообразность. Бензины серии Аи-98 стоят заметно дороже А-95 и А-92.
2. Температура в камерах сгорания повышается, двигатель постоянно греется.
3. На практике наблюдались случаи подгорания клапанов и поршней.

Использование бензина Аи-98 на моторе со степенью сжатия 8–9 единиц становится оправданным после случайной заливки низкокачественного топлива. Если вы посетили сомнительную заправку и услышали звон в цилиндрах, разбавьте подозрительное горючее высокооктановым бензином. Размер «спасительной» порции – не менее 50% от заправленного количества.

На территории стран постсоветского пространства остается большое количество техники, рассчитанной под бензины марок А76 и А80, которые сняли с производства. Подобные моторы плохо переносят новое горючее с октановым числом 92–95. Проблема решается так: оставьте канистру с «девяносто вторым» в открытом состоянии на 1–2 дня. Альтернативный вариант – добавление небольшой порции очищенного керосина.

Использование присадок – антидетонаторов

Чтобы повысить октановое число бензина и стойкость к детонационным процессам, производители в разные времена использовали такие вещества:

• метиловые и бутиловые эфиры;
• соединения этила либо метила со свинцом, например, тетраметилсвинец;
• углеводородные присадки на основе марганца;
• антидетонаторы на основе железа;
• ароматические амины (анилины).

Добавление перечисленных присадок ограничено с целью сбережения окружающей среды либо по технологическим требованиям. Каждое из соединений имеет свои преимущества и недостатки:

1. Спирты и эфиры неплохо повышают детонационную стойкость горючего, но агрессивны к резинотехническим изделиям и выделяют малое количество энергии при сжигании. Максимально допустимая доля в составе бензина – 15%.
2. Свинцовые соединения эффективны и дешевы, при этом отличаются токсичностью и склонностью к образованию нагара внутри рабочих камер и выхлопной системы автомобиля.
3. Вещества, содержащие марганец и железо, вызывают ускоренный износ элементов цилиндропоршневой группы. В плане стойкости к детонации химикаты малоэффективны и потому не используются в настоящий момент.
4. Анилины дают средний результат, но в процессе эксплуатации покрывают смолянистым налетом стенки камеры сгорания и внутренние поверхности системы питания двигателя.

Наиболее популярные присадки в среде автолюбителей – тетраметилсвинец и тетраэтилсвинец. Количество добавляемой жидкости составляет 0,5–0,8 грамма на 1 кг топлива. Помимо указанных недостатков, свинцовые соединения имеют существенный минус – они приводят в негодность каталитические нейтрализаторы в максимально короткие сроки. Стоимость покупки и замены этой дорогостоящей детали явно превышает сэкономленную на низкооктановом бензине сумму.

Отсюда вывод: лучший способ экономии средств – заправка топливом с рекомендуемым октановым числом, которое не сожжет катализатор и не образует нагар в моторе. Горючее, продающееся на проверенных заправочных станциях, уже содержит все необходимые присадки – антидетонаторы.

Из чего состоит бензин, что такое октановое число

В качестве топлива для большинства легковых автомобилей применяется бензин. Это смесь углеводородов, имеющих температуру кипения от 30 до 205 градусов Цельсия. Помимо углеводородов в составе бензина имеются примеси, содержащие азот, серу и кислород.

В зависимости от количества тех или иных соединений автомобильный бензин делится на разные марки, имеющие несколько различные эксплуатационные свойства:

С ужесточением экологических требований бензины, имеющие более низкое октановое число, такие как А-76 или АИ-80, а, следовательно, более «грязный» химический состав, в настоящее время не производятся.

Основные свойства

Основные свойства бензина – его химический состав, способности к испарению, горению, воспламенению, образованию отложений, а также коррозионная активность и стойкость к детонации.

Физико-химические свойства бензина варьируются в зависимости от того, какие углеводороды и в каких пропорциях в нем содержатся. Температура замерзания бензина достигает –60 градусов по Цельсию, в случае применения специальных присадок можно понизить это значение до –71 градуса. Бензин активно испаряется при температуре выше 30 градусов, и с повышением температуры испарение происходит интенсивнее. Когда концентрация его паров в воздухе достигает 74 – 123 граммов на кубический метр, образуется взрывоопасная смесь.

Фракционный состав бензина напрямую влияет на эксплуатационные свойства. При производстве важно добиться правильного соотношения легких и тяжелых фракций, чтобы, с одной стороны, обеспечить достаточно высокую испаряемость при низких температурах, а с другой – не допустить перебоев в работе мотора из-за образования паровых пробок в топливопроводе, которые могут возникнуть вследствие интенсивного испарения большого количества легких фракций. В связи с этим бензины, применяющиеся в местах с жарким климатом и в районе полярного круга, имеют разный химический состав для того, чтобы обеспечить необходимые эксплуатационные свойства.

Получить бензин можно несколькими способами: прямой перегонкой нефти и отбором определенных фракций (такой способ применялся в начале эры автомобилизации), в середине прошлого века стали применять крекинг и риформинг. Основная составляющая бензина, полученного путем прямой перегонки, – цепочки алканов. При крекинге и риформинге они преобразуются в разветвленные алканы и ароматические соединения.

Два последних способа позволяют получить высокооктановое топливо марок АИ-92, 95 и выше.

Октановое число

Название марки бензина состоит из буквенно-цифрового обозначения. Буквы А или АИ указывают на метод определения октанового числа:

а цифра определяет октановое число (92, 95 и т.д.).

Значение октанового числа указывает на такое свойство, как стойкость бензина к детонации. Цифра эта относительная. В качестве эталона принимается изооктан, детонационная стойкость которого очень высока и принимается равной 100. Шкала октанового числа была предложена в начале прошлого века. Оно определялось содержанием изооктана в смеси с нормальным гептаном (его детонационная стойкость очень низкая и принимается равной нулю). Соответственно, бензин марки АИ-92 эквивалентен по своей устойчивости к детонации 92-процентной смеси изооктана с гептаном, АИ-95 – 95% и так далее. Октановое число может быть и больше 100, если антидетонационные свойства топлива еще выше, чем у чистого изооктана.

Это значение очень важно, поскольку детонация приводит к быстрому разрушению цилиндро-поршневой группы. Объясняется это скоростью распространения фронта пламени – до 2,5 км/с, тогда как в нормальных условиях пламя распространяется со скоростью не более 60 м/с.

Чтобы повысить антидетонационные свойства, можно либо добавить присадки, содержащие соединения свинца (тетраэтилсвинец), либо изменить фракционный состав при получении. Первый способ получает с легкостью получить из бензина АИ-92 АИ-95, или 98, однако в настоящее время от него отказались. Поскольку, хотя такие присадки значительно повышают эксплуатационные свойства топлива и имеют низкую себестоимость, они так же весьма ядовиты и на экологию оказывают куда более губительное воздействие, чем чистый бензин, а также разрушают каталитический нейтрализатор автомобиля (температура сгорания этилированного бензина выше, чем у неэтилированного, в результате керамические элементы нейтрализатора попросту спекаются, и устройство выходит из строя).

В качестве присадок могут быть использованы и другие соединения, менее токсичные, такие как этиловый спирт или ацетон. Например, если добавить 100 мл спирта в литр бензина АИ-92, то октановое число увеличится до 95. Однако применение таких присадок экономически невыгодно.

Химическая стабильность

Рассматривая химические свойства бензина, следует основной упор сделать на то, насколько долго состав углеводородов останется неизменным, поскольку при длительном хранении более легкие соединения испаряются, и эксплуатационные свойства сильно ухудшаются. Особенно остро эта проблема стоит в том случае, если из топлива с меньшим октановым числом (например, АИ-92) получили бензин более высокой марки (АИ-95) путем добавления в его состав пропана или метана. Их антидетонационные свойства выше, чем у изооктана, но и испаряются они очень быстро.

Государственный стандарт требует, чтобы химический состав бензина любой марки, будь то АИ-92, 95 или 98 оставался неизменным не менее пяти лет при соблюдении правил хранения. Однако на деле зачастую даже только что купленное горючее уже имеет октановое число ниже заявленного (например, не 95, а 92). Виной тому недобросовестность продавцов, добавляющих сжиженный газ в резервуары с топливом, срок хранения которого истек, и состав не соответствует ГОСТу. Как правило, к одному и тому же бензину добавляют разное количество газа, чтобы получить октановое число, равное 92 или 95. Очевидным подтверждением подобных ухищрений служит сильный запах газа на АЗС. Вполне вероятно, что эксплуатационные свойства такого бензина заметно ухудшатся прямо на глазах, до того времени, как опустеет топливный бак.
» alt=»»>

Формула бензина

Бензин – это продукт, полученный в результате перегонки нефти. Он представляет собой горючее с пониженными детонационными составляющими. Из сырого нефтепродукта получается пятьдесят процентов бензина, который предназначен для двигателей, а конкретно при внутреннем сгорании. Он бывают двух типов: авиационный и автомобильный. В зависимости от применения различаются физико-химические свойства бензина.

Нас сегодняшний день бензины должны соответствовать следующим критериям:

• оптимальная испаряемость элементов;
• групповой состав углеводородов, который обеспечивает бездетонационное образование на каждом этапе действия двигателя;
• стабильность состава в условиях долгого хранения;
• отсутствие побочных эффектов, оказываемых на детали.

Физико-химические свойства бензина

Свойства бензина различаются по количеству углеродов и водородов в составе. Он замерзает при шестидесяти градусах ниже нуля, но можно добиться цифры ниже (- 71). Испаряется при тридцати градусах, а повышение температуры лишь ускоряет этот процесс. Бензин производится с помощью перегонки нефтепродукта путем выборки отдельных фракций. Это самый старый способ. В двадцатом веке появились такие методы как крекинг и риформинг (преобразование в алканы и другие соединения).

Бензины легко воспламеняются, не имеют конкретного цвета, а также обладают летучестью. Кипение достигается на отрезке от тридцати до двухсот градусов. Застывает при температуре ниже шестидесяти градусов. В процессе сгорания появляется диоксид углерода и вода. Формула бензина это подтверждает (C3H11O2). Характеристики бензина, относящегося к автомобильному виду, следующие:

• смесь должна быть однородной;
• плотность равная 690-750 кг.м 2 при плюс двадцати градусах;
• малая вязкость, не препятствующая протеканию топлива;
• способность испаряться. Соединение может осуществлять переход в газообразное состояние из жидкого. В автомобиле это обязательно, так как обеспечивает облегченный запуск двигателя, особенное в зимнее время года;
• состояние давления паров. Высокие показатели давления обеспечивают интенсивность конденсации. Слишком высокое давление способно образовывать паровые пробки, которые приводят к утере мощности транспорта;
• низкотемпературные качества, то есть свойство выдержки при низких температурах;
• процесс сгорания смеси. Понимается скоростная реакция углеводорода и кислорода.

Химический состав бензина

Состав бензина имеет в себе соединения углерода и водорода. Но этим не ограничивается. Популярное топливо включает в себя и другие молекулы бензина. Химический состав бензина дополняют: кислород, сера, азот и свинец. Сырье дополняется присадками, которые повышают конечный продукт. Количественные составляющие этих микроэлементов определяют видовое разнообразие топлива: 92 марка, 95 марка, 98.

Нефть является основополагающим сырьем для выработки бензина. Нефть добывается из природы, содержит примеси углеводородов и других соединений. Считается ценным ископаемым. Углеводород – важный компонент нефтепродукта и природного газа. Химические составляющие нефти разнообразные и постоянно изменяются в зависимости от парафиновых. В природе известные промежуточные и смешанные типы.

Парафиновые отличаются тем, что имеют большее содержание бензина, а сера, наоборот, в меньшем количестве. Нафтеновый вид сырого нефтепродукта разительно отличается от предыдущего типа. Он содержит бензин в ограниченном количестве, а сера, мазут и асфальт превалируют.

Определение фракционного состава бензина

Физические свойства бензина имеют зависимость от такого понятия как фракционный состав. Под этим подразумевается испарительная возможность, которая считается главным показателем, учитывающимся при использовании топлива в разном климате. Производство должно получить пропорциональное соотношение фракций как тяжелых, так и легких. Полученное топливо при нагревании испаряется без проблем – это хороший показатель. За это отвечают легкие, а тяжелые способствуют оптимальной интенсивности этого испарения. Нарушение баланса приведет к паровым пробкам, и двигатель столкнется с перебоями в работе. Испарение намечается, когда происходит нагревание при высоких температурах внутри прибора.

Фракционные свойства бензинов влияют на параметры пользования. Грамотное соотношение вышеуказанных составляющих обеспечит оптимальную испаряемость при низких температурных показателях, защиту от перебоев в конструкции. Топливо имеет характеристики, которые напрямую зависят от погодных и климатических условий, то есть в жарких странах и на полярном круге в состав бензина входят отличные друг от друга элементы.

Октановое число бензина

Марка топлива полностью раскрывает молекулярную массу бензина. Допустим, АИ 92. октановое число обозначено цифрами, а буквы определяют показатель. А – это значение класса моторных. Чем выше показатель числа, тем ниже детонационные характеристики бензина. Следовательно, цилиндры и поршни будут подвергаться меньшим разрушениям. Качество бензина улучшается с повышением октанового числа.

76 и 80 топливо бензина пропало на автозаправках, так как они плохо влияют на экологию и критичны для работы агрегатов. Продолжительно эксплуатации зависит от данного показателя. Автолюбитель всегда должен обращать внимание на это число, так как это, прежде всего, влияет на работоспособность транспорта.

Бензин состоит из изооктана и гептана. Первый обладает взрывоопасностью, а второй имеет нулевую детонацию. Именно октановый показатель определяет соотношение двух составляющих топлива. При помощи определенных присадок (свинцовых) повышается это число. Но свинцовые присадки не рекомендуют применять, так как они не благоприятно действуют на двигатель. Также его повышают спиртом. Если к 92 марке долить 100 гр. названной смеси, то получится 95.

Маркировка автомобильных бензинов

Межгосударственный стандарт маркирует бензины для автомобилей с помощью трех групп знаков, которые разделятся дефисами (АИ-95-3). Буквы в начале марки говорит о том, что бензин относится к автомобильному типу, который прошел исследовательские испытания согласно ГОСТ. Октановое число также измеряется с помощью исследования. Топливо может иметь следующее число: 95, 92, 98 и так далее.

Цифры от двух до пяти указывают на классность бензина. Оно совпадает с показателем стандартов экологии, который соответствует категории «Евро». Бензин обязан соответствовать определенной серии. То есть цифра два подходит для Евро-2, а цифра три для Евро-3 и так далее.

В качестве примера можно привести марку топлива «АИ-95-4». Из названия становится понятно, что бензин относится к автомобильному классу, а октановый показатель равен 92. Буквы говорят об исследовательском методе измерения. А конечная цифра указывает на то, что топливо соответствует 4-ой экологической категории (Евро-4 –стандарт).

С 2003 г. в Российской Федерации на официальном уровне запретили производство бензина, относящегося к этилированным смесям, который считается вредным. Поэтому сегодня все топливо неэтилированное, и в маркировке это не указывается.

Детонационная стойкость бензина

Детонационная стойкость заключается в способности автомобильного топлива оказывать сопротивление такому процессу как самовоспламенение, которое может произойти при сжатии. Наивысший показатель данной характеристики обеспечивает оптимальное сгорание при каждом эксплуатационном режиме двигателя. Горение бензина как процесс имеет кардинальный характер. Сжатие рабочего состава проходит при повышенной температуре и давлении. Далее происходит окисление соединений углерода и водорода, которое набирает интенсивность после того, как смесь воспламенится.

Если соединение углерода и водорода, которые остались в части несгоревшего состава, имеет недостаточную окислительную стойкость, то начнется ускоренный и интенсивный процесс накапливания соединений перекиси. А это ведет к взрывному распаду.

Повышенная концентрация соединений, возникших посредством перекиси, становится катализатором теплового взрыва, который спровоцирует самовоспламенение бензина. Именно этот процесс, происходящий внутри активного состава, становится активатором взрывного горения остатков топлива. Это приводит к детонационному сгоранию.

Детонация, как процесс внутри двигателя, вызывает следующие последствия:

• перегрев;
• интенсивный износ и локальные разрушения в двигателе;
• наличие резкого специфического звука;
• упадок мощности;
• увеличенный порог выхлопных дымов.

Детонация напрямую зависит от химического и физического состава используемого бензина, а также от особенностей конструкции самого двигателя. Октановое число считается основополагающим показателем детонации и ее стойкости в автомобильных бензинах.

Бензин. Октановое число. Способы повышения октанового числа

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

На уроке будет рассмотрена тема: «Бензин. Октановое число. Способы повышения октанового числа». Вы сможете узнать о самых востребованных продуктах переработки нефти – моторных топливах, о том, что представляет собой бензин и его октановое число, а также о существующих способах повышения октанового числа.

Тема: Предельные углеводороды

Урок: Бензин. Октановое число

Способы повышения октанового числа

1. Работа стандартного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Потребительские свойства бензина в первую очередь определяются его стойкостью к детонации в двигателе внутреннего сгорания.

Чтобы понять, что такое детонация в двигателе, рассмотрим работу стандартного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

В первом такте в цилиндр впускается смесь паров бензина и воздуха, во втором такте эта смесь сжимается поршнем. В третьем такте искра от свечи зажигания воспламеняет смесь; при сгорании происходит расширение газов и совершается полезная работа. В четвертом такте из цилиндра выбрасываются отработанные газы – продукты сгорания. Рис. 1.

Рис. 1. Работа четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Вся полезная работа совершается в третьем такте, и именно он сильнее всего зависит от качества бензина. Чем сильнее сжата смесь перед воспламенением, тем выше КПД двигателя. Очень важно, чтобы воспламенение бензиново-воздушной смеси происходило строго в нужный момент, поскольку движения поршня и работа клапанов впуска-выпуска сопряжены друг с другом с высокой точностью.

Из физики известно, что при сжатии газа происходит его разогрев. Поэтому в цилиндре двигателя возможна вспышка бензиново-воздушной смеси без искры, только за счет сжатия. Но гораздо хуже то, что при такой самопроизвольной вспышке во всем объеме обычно происходит не быстрое равномерное сгорание, а детонация – взрыв смеси. Скорость горения при переходе к детонации увеличивается с 15–20 м/с до 1500–2500 м/с. Детали при этом работают несогласованно и могут разрушиться от чрезмерных нагрузок.

Органические соединения, входящие в состав бензина, должны быть устойчивы к преждевременному воспламенению и детонации. Эта устойчивость характеризуется октановым числом бензина.

2. Шкала октановых чисел

Шкала октановых чисел основана на двух алканах: н-гептане (t_кип. 98,5 0 ) Рис. 2. и 2,2,4-триметилпентане (изооктане) (t_кип. 99,2 0 ) Рис. 3.

У этих алканов почти одинаковые температуры кипения, но разное строение. Разветвленный изооктан гораздо более устойчив к детонации, чем «линейный» гептан.

Рис. 2. н — гептан(t_кип. 98,5 0 С)

Рис. 3. Изооктан ( 2,2,4 триметилпентан) t_кип. 99,2 0 С

Для н-гептана принято октановое число 0, а для изооктана – 100. Бензины сравнивают по устойчивости к детонации со смесью н-гептана и изооктана.

3. Определение октанового числа

В России продаваемые на заправках бензины имеют октановые числа АИ-80, АИ-92,

АИ-95 и АИ-98. Октановое число типа АИ определяют на специальном исследовательском двигателе с переменной степенью сжатия в режиме малых и средних нагрузок. Испытываемый бензин сравнивают со стандартной смесью н-гептана и изооктана и присваивают бензину октановое число, соответствующее содержанию изооктана в стандартной смеси. Например, бензин АИ-92 соответствует по детонации при малых и средних нагрузках смеси из 92% изооктана и 8% н-гептана.

Различные органические соединения обладают разной устойчивостью к детонации в двигателе, при этом нет прямой связи между строением вещества и его октановым числом.

Табл. 1. Значения октанового числа различных видов топлива.