Октан — характеристика топлива¶

Октан — характеристика детонационной стойкости автомобильного бензина, показывающая его способность противостоять детонации (неконтролируемому самовоспламенению смеси) в цилиндрах двигателя. Число октана указывает на долю изооктана в условной смеси с нормальным гептаном, обладающей такими же антидетонационными свойствами, как и испытуемое топливо.

¶Что такое детонация

Детонация — это взрывное, ударное сгорание рабочей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, возникающее при слишком раннем самовоспламенении от сжатия до подачи искры. При нормальном сгорании фронт пламени распространяется от свечи зажигания со скоростью 20–40 м/с; при детонации скорость волны давления достигает 1500–2000 м/с, что создаёт характерный металлический стук и разрушает детали двигателя — поршни, клапаны, прокладку головки блока.

Детонационная стойкость зависит от химического состава топлива: парафины (нормальные алканы) детонируют легче, разветвлённые изопарафины, ароматические и ненасыщенные углеводороды — труднее. Октановое число служит мерой этой стойкости.

¶Шкала октановых чисел

Шкала была предложена в 1920-х годах и основана на двух эталонных компонентах:

• Изооктан (2,2,4-триметилпентан) — высокооктановый компонент, которому присвоено значение 100.
• Нормальный гептан (n-гептан) — низкооктановый компонент с значением 0.

Смесь из 98 % изооктана и 2 % нормального гептана имеет октановое число 98. Современные методы испытаний позволяют получать значения выше 100, поэтому для эталона вместо чистого изооктана иногда используется смесь изооктана с тетраэтилсвинцом.

¶Методы определения

Октановое число измеряют на стандартных моторных и исследовательских установках — одноцилиндровых двигателях с регулируемыми условиями испытания.

¶Метод М (motor)

Испытание проводится на моторной установке при оборотах коленвала 900 об/мин, температуре смеси 149 °C. Метод отражает поведение топлива при высоких нагрузках и скоростях. Результат обозначается индексом М.

¶Метод И (research)

Исследовательская установка работает при 600 об/мин с более низкой температурой смеси (52 °C). Метод моделирует лёгкие режимы работы и даёт более высокие значения. Обозначается индексом И.

Для большинства современных бензинов разница между методами И и М составляет 7–10 единиц. На этикетках колонок в скобках обычно указывается исследовательское октановое число (RON), а на документах на топливо — оба значения.

¶Метод Д (дополнительный)

Применяется для топлив с высокими октановыми числами, получаемых с использованием этиловой жидкости. Работает при 1400 об/мин и повышенной температуре.

¶Классификация бензинов по октановому числу

В России действует стандарт ГОСТ 32513-2013 «Топлива автомобильные. Требования», определяющий классы бензинов:

Наиболее распространённые марки АИ-92, АИ-95 и АИ-98: буква «А» означает автомобильный, «И» — исследовательский метод определения. Число указывает округлённое значение RON.

¶Повышение октанового числа

Исторически для повышения октанового числа использовали тетраэтилсвинец (ТЭС) — антидетонационную присадку, введённую в массовое производство в 1920-е годы компанией General Motors. Свинецовые присадки были запрещены в большинстве стран к 2000-м годам из-за токсичности выбросов и разрушения каталитических нейтрализаторов.

Современные способы повышения октанового числа:

• каталитический риформинг, изомеризация и алкилирование нефтепродуктов;
• этанол (добавка 10 % повышает RON примерно на 3 единицы);
• эфиры МТБЭ и ЭТБЭ как кислородсодержащие компоненты;
• ароматические углеводороды (толуол, ксилолы).

¶Значение для двигателя

Производители автомобилей указывают рекомендованное октановое число в руководстве по эксплуатации. Использование топлива с более низким октановым числом, чем предписано, приводит к детонации, перегреву и преждевременному износу. Применение более высокооктанового бензина само по себе не даёт выигрыша в мощности, если двигатель не рассчитан на него: электронные блоки управления снижают опережение зажигания, компенсируя избыточную стойкость топлива.

Исторически октановое число было одной из первых стандартизированных характеристик моторного топлива и остаётся основным показателем его качества при продаже на АЗС.

Источники:

• ГОСТ 32513-2013 «Топлива автомобильные. Требования»
• ГОСТ Р 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Требования»
• Кирьянов В. В. «Топливо, смазочные материалы и технические жидкости»
• Лурье М. В. «Справочник по расчёту и проектированию двигателей внутреннего сгорания»
• Ханжин В. М. «Химия и технология топлива и смазочных материалов»