Что такое октановое число?
Автомобильный транспорт по мере своего развития предъявлял все
большие требования не только к количеству, но и к качеству бензина. С
количеством все понятно. А вот что входит в понятие качества?
Давайте рассмотрим процесс сгорания бензина в двигателе. Это
сложный физико-химический и технологический процесс, связанный с выполнением
противоречивых требований. Прежде всего, карбюрация—смешение бензина с
воздухом. Если топливная смесь бедна, то есть в ней много воздуха и мало
топлива, то температура горения и, следовательно, температура рабочего тела
(продуктов сгорания) в двигателе снижаются. А эффективность всякой тепловой
машины” в том числе и двигателя внутреннего сгорания, зависит как раз от
перепада температур рабочего тела в начале и конце рабочего процесса. Это
непреложное требование термодинамики. Кроме того, при работе на бедной
топливной смеси снижается мощность двигателя, повышается интенсивность
закоксовывания цилиндров, поршней и клапанов, снижается КПД...
Лучше всего сжигать топливную смесь с минимальным избытком
топлива. Но необходимо обеспечить равномерность горения, не допускать его
взрывного характера.
Однако не все углеводороды сгорают одинаково. Многие из них
образуют в качестве промежуточных перекисные соединения и продукты их распада —
свободные радикалы. Все эти вещества очень нестойки, склонны к взрыву. Вот и
получается иногда:
искра от пламени зажгла топливную, смесь, фронт пламени пошел
по цилиндру, а в верхней его части накапливаются перекиси. И когда остается еще
15—20% неизрасходованной топливной смеси, происходит взрыв. Скорость
распространения пламени при этом увеличивается в сотни раз—до 2500 м/с! Ударная
волна многократно отражается от стенок цилиндра и от поршня, начинаются
вибрации, в двигателе появляется характерный металлический - стук... Словом,
происходит детонация.
При прочих одинаковых условиях наибольшей склонностью к
детонации отличается н-гептан, а наименьшей—2,2,4-триметилпентан
(изооктан). Эти углеводороды и были приняты в качестве эталонных при
определении так называемого октанового числа.
Эта условная величина определяется следующим образом.
Представьте себе испытательный стенд, где размещен одноцилиндровый двигатель
внутреннего сгорания с карбюратором. При испытаниях этот двигатель запускают на
исследуемом топливе, а специальные датчики фиксируют все показатели режима,
характеризующие степень детонации. После этого подбирают смесь эталонных
топлив—н-гептана и изооктана, при которых двигатель ведет себя точно так
же, как и при исследуемом топливе. Детонационная стойкость н-гептана
принимается равной нулю, а изооктана равной ста. А дальше понятно—процентное
содержание изооктана в эталонной смеси и есть характеристика детонационной
стойкости бензина. Так, скажем, если изооктана в смеси 80%, то и октановое
число (ОЧ) считают равным восьмидесяти пунктам.
Другими словами, октановое число—относительная и безразмерная
величина, не имеющая физического смысла.
Но это еще не все. Двигатели бывают разные; условия, в которых
Они работают, тоже неодинаковы. Скажем, одно дело стабильность сгорания топлива
в двигателе тяжелого грузовика, работающего на пониженных передачах, и совсем
другое— детонация в двигателе легкового автомобиля, работающего в форсированном
режиме на высоких оборотах.
Из-за этого в стандартах разных стран появились различные
методы испытаний детонационной стойкости бензина. Наибольшее распространение
получили моторный и исследовательский методы. Моторный метод имитирует более
жесткие условия работы двигателя. При этом топливная смесь после карбюрации
нагревается до 149 °С, а частота вращения выдерживается постоянной 900 об/мин.
По исследовательскому методу частота вращения снижается до 600 об/мин, а смесь
не подогревается вообще.
Соответственно, и октановые числа по моторному и
исследовательскому методу маркируются по-разному — МОЧ и ИОЧ.
Естественно, при использовании разных методов и результаты
измерений различаются, иногда довольно существенно. Так, ароматические
углеводороды С6—С8 дают различия в измерениях ИОЧ и МОЧ
до 10 пунктов.
Строго говоря, наилучшую картину антидетонационной стойкости
можно получить по среднему показателю:
МОЧ + ИОЧ
2
Этот показатель получил название октанового индекса. Он широко
распространен в американской специальной литературе. Однако до принятия его в
качестве официального стандарта дело пока не дошло. Для оценки разных сортов
товарного бензина обычно выбирается какой-то один индекс. Так, по ГОСТу;
октановое число автомобильных бензинов А-66, А-72 и А-76 измеряется по
моторному методу. А вот высокооктановые бензины АИ-93, АИ-95, АИ-98 тестируются
по исследовательскому методу, о чем говорит литера “И” в марке бензина.
