Главной технической характеристикой бензина является октановое число. Оно характеризует детонационную стойкость топлива, то есть способность противостоять самовоспламенению при сжатии.
АИ92, АИ95, АИ98 – такие привычные для каждого автомобилиста цифры, которые он видит на «пистолетах» и стойках бензозаправочных станций. Однако редко кто задумывается об их физическом смысле. В этой краткой аббревиатуре марки топлива заключена вся основная информация о его технических характеристиках, и самое главное об октановом числе. В нашей статье мы постараемся объяснить доступным языком, что означает этот показатель и какое влияние оказывает его величина на работу двигателя.
Краткая историческая справка
При изучении свойств органических веществ и химических соединений ученые отметили их различную способность к самовозгоранию в зависимости от степени сжатия. Точками отсчета для шкалы октановых чисел (которую сейчас применяют для маркировки стандартов бензина) явились свойства двух предельных углеводородов: н-гептана (самовоспламеняющегося при достаточно низкой степени сжатия) и изооктана (гораздо более устойчивого к детонационному самовозгоранию). Первому присвоили так называемое октановое число равное 0, второму – 100. Эталонную смесь из этих двух веществ (в строгом процентном соотношении) в дальнейшем стали использовать для сравнительного анализа различных марок бензина.
Методы измерения октанового числа
Для определения октанового числа бензина в лабораторных условиях применяют специальный двигатель с изменяемой степенью сжатия и несколькими карбюраторами. В цилиндры попеременно подают либо эталонное топливо (со строго определенным процентным содержанием н-гептана и изооктана), либо исследуемый образец бензина (сравнивая его детонационные свойства с эталоном). Причем для тестирования на такой установке применяют два способа:
- Исследовательский (при малых и средних нагрузках: обороты двигателя – 600 об/мин, температура впрыскиваемой смеси – 52°C). Величину октанового числа бензина, измеренного этим методом, указывают на колонках бензозаправочных станций.
- Моторный (при повышенных нагрузках: 900 об/мин и 149°C, соответственно). Как правило, показания, полученные в результате применения этого метода, отличаются от предыдущего в среднем на 10 единиц в меньшую сторону.
Если в результате проведенных измерений бензину дают, например, индекс АИ95 – это означает, что исследованное топливо по своей детонационной способности соответствует эталонной смеси, состоящей из 95% изооктана и 5% н-гептана. А, о том, что измерения производили по исследовательскому методу, свидетельствует буква «И» в марке топлива.
Технологические способы повышения октанового числа
В процессе каталитической перегонки нефти (крекинге или реформинге) не удается сразу же получить высокооктановые сорта бензина. Поэтому для увеличения детонационной стойкости топлива производители применяют специальные присадки.
В последнее время наиболее часто для повышения октанового числа бензина используют специальные добавки на основе эфиров и спиртов. Это связано прежде всего со все возрастающими экологическими требованиями в отношении моторного топлива. При использовании таких присадок выхлопные газы содержат минимальное количество вредных веществ. К тому же они не наносят вреда деталям двигателя. Но, при этом не стоит забывать такой момент: их собственное октановое число обычно не превышает 120, поэтому в бензин их приходится добавлять в довольно больших количествах (до 8÷12%). И, хотя, такие присадки достаточно дороги многие ответственные производители применяют их как в России, так и в других странах.
Более дешевые добавки, повышающие октановое число, на основе ферроцена, никеля, марганца и монометиланилина применяют значительно реже. И, хотя, такое топливо для конечного потребителя обходится дешевле, ездить на нем продолжительное время не стоит. В процессе сгорания бензинов с такими добавками, образуются твердые вещества, которые засоряют катализаторы современных автомобилей и способствуют образованию нагара на свечах, клапанах и поршнях.
Важно! Этилированные бензины с присадками на основе тетраэтилсвинца (ввиду его высокой токсичности) в настоящее время запрещены к производству.
На что и как влияет показатель октанового числа
Одной из основных характеристик двигателя внутреннего сгорания является степень сжатия (ее увеличение – один из способов повысить мощность двигателя). Однако, чем выше этот показатель, тем более высокооктановый бензин необходим для его нормальной эксплуатации. Ниже, для информации приводим таблицу с усредненными значениями степени сжатия и рекомендованных марок бензина:
Чем грозит использование низкооктановых бензинов в двигателях с высокой степенью сжатия? Если в бак автомобиля с мотором, рассчитанным для работы с использованием бензина марки АИ98, залить АИ95 (или еще хуже АИ92), то топливная смесь начнет самопроизвольно воспламеняться от сжатия еще до момента искрообразования (то есть, когда поршень не дошел до верхней точки). Происходит так называемое детонационное воспламенение воздушно-топливной смеси. Причем при нормальной работе двигателя скорость распространения пламени составляет 15÷40 м/сек, а при самовоспламенении – 2÷4 км/сек. То есть, в цилиндре происходит «минивзрыв», что может привести в весьма печальным последствиям:
- пробою прокладки головки блока цилиндров;
- разрушению маслосъемных и компрессионных колец;
- прогоранию поршней и клапанов.
Для информации! Многие современные марки автомобилей оборудованы датчиками детонации двигателя. Принцип его работы довольно прост. Как только детонация превышает заданные пределы, датчик «посылает» электрический сигнал на электронный блок управления, который «принимает решение» о корректировке угла зажигания и качества подаваемой в цилиндры топливной смеси (либо обогащает ее, либо обедняет). Это нормализует работу двигателя на низких и средних оборотах при использовании бензина с несоответствующим октановым числом.
Приборы для самостоятельного контроля
Для самостоятельного контроля октанового числа приобретаемого на автозаправках бензина используют специальные портативные приборы – октанометры. На сегодняшний день самым доступным и наиболее популярным устройством является «Октис-2» (4800÷5000 рублей). Прибор прост в использовании:
- погружаем трубку в емкость с бензином;
- нажимаем кнопку;
- через несколько секунд на дисплее высвечивается показатель октанового числа.
Важно! Бюджетные модели октанометров при измерении октанового числа используют, так называемый, косвенный метод измерения. То есть они меряют не сам показатель, а диэлектрические свойства топлива. Изначально на заводе-изготовителе прибор откалиброван по определенным стандартным образцам бензина. Метод измерения основан на сравнении практически только одной характеристики. Поэтому нельзя быть на 100% уверенным в достоверности полученных показаний.
Более дорогой октанометр «MX-10» (24000 рублей) представляет собой выносной датчик, который посредством порта USB подключают к персональному компьютеру. Диэлектрические свойства исследуемого образца сравнивают с аналогичными характеристиками разнообразных бензинов из комплектной базы данных. Причем, при измерении учитывают температурную поправку.
Такой октанометр, как, например, немецкий «Shatox SX-150» (73000÷74000 рублей), вряд ли заинтересует обычного автомобилиста ввиду его большой стоимости. Следует отметить, что исследование топлива в нем происходит при сравнении нескольких характеристик:
- диэлектрической проницаемости;
- индукционного периода окисления бензина;
- способности различных сортов топлива пропускать инфракрасное излучение.
Важно! Заявленная точность измерения октанового числа составляет ±1.