Октановое число бензина¶
Октановое число — характеристика антидетонационной стойкости моторного топлива, показывающая его способность противостоять детонации (неконтролируемому самовоспламенению смеси) в цилиндрах двигателя. Число выражается в единицах по шкале октанов и указывается на колонках заправок в виде двух цифр через дефис, например АИ-92 или АИ-95. Чем выше октановое число, тем большее сжатие может выдержать топливо без детонации.
¶Физический смысл
Детонация возникает, когда рабочая смесь в цилиндре воспламеняется не от искры свечи, а самопроизвольно — под действием высокой температуры и давления. Фронт пламени при этом движется со скоростью взрыва (1500–2500 м/с вместо обычных 30–40 м/с), что вызывает характерный металлический стук и резкий рост нагрузки на детали двигателя. Длительная детонация разрушает поршни, клапаны и подшипники.
Октановое число измеряет, насколько топливо устойчиво к такому самовоспламенению. Оно не является мерой энергетической ценности: высокооктановый бензин не даёт больше мощности и не сжигается эффективнее, если двигатель не рассчитан на такое топливо.
¶Шкала октанов
Исторически октановое число определяют сравнением испытуемого топлива с эталонной смесью из двух компонентов:
- изооктан (2,2,4-триметилпентан) — высокооктановый углеводород, детонационно устойчивый, принят за 100 единиц;
- н-гептан — нормальный алкан, детонационно нестойкий, принят за 0 единиц.
Смесь из 90 % изооктана и 10 % н-гептана имеет октановое число 90. Испытуемое топливо смешивают с эталоном до тех пор, пока их детонационная стойкость не станет одинаковой, и по доле изооктана определяют искомое число.
Для бензинов с высокой антидетонационной стойкостью применяют монооктановую шкалу (М), а для топлив с антидетонаторами — шкалу эффективных октанов (Э), где результат зависит от скорости двигателя. В России и Европе принято указывать среднее значение М+Э, поэтому на колонках встречаются обозначения вида АИ-95, где «А» — автомобильный, «И» — испытанный по методу исследования (М), а цифра 95 — среднее октановое число.
¶Классификация бензинов
В России действует стандарт ГОСТ 32513-2013, разделяющий автомобильные бензины на марки по октановому числу:
| Марка | Октановое число, не менее |
|---|---|
| АИ-92 | 92 |
| АИ-95 | 95 |
| АИ-98 | 98 |
| АИ-100 | 100 |
Маркировка АИ-92 и АИ-95 означает, что октановое число определено методом исследования (М) и моторным (Э), а итоговое значение — их среднее. Существуют также бензины с более низким октановым числом (А-76, АИ-80), выпуск которых в России прекращён.
¶Повышение октанового числа
Для доведения бензина до нужной марки применяют два основных способа:
- Реформинг — каталитическая переработка бензиновой фракции с превращением нормальных алканов в ароматические углеводороды и изопарафины с более высокой стойкостью к детонации.
- Введение антидетонаторов — присадок, повышающих стойкость смеси. Исторически применялся тетраэтилсвинец, но его использование запрещено во многих странах из-за токсичности. Современные антидетонаторы — метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), ферроцен, а также спирты (этанол, метанол).
В России октановое число бензинов, как правило, обеспечивается за счёт каталитического реформинга и компаундирования (смешивания компонентов), а доля присадок ограничена нормативами.
¶Влияние на двигатель
Производители автомобилей рассчитывают степень сжатия двигателя под определённое октановое число топлива. Использование бензина с более низким октановым числом, чем предписано, приводит к детонации, перегреву и преждевременному износу. Обратная ситуация — заправка высокооктановым топливом обычного двигателя — не даёт выигрыша в мощности или расходе, хотя и не вредит мотору.
Современные двигатели с турбонаддувом и высокой степенью сжатия требуют топлива с октановым числом 95–98 и выше. Для них производители нередко рекомендуют бензин с более высокой маркой, чем минимально допустимая, чтобы исключить детонацию при пиковых нагрузках.
¶Способы определения
Октановое число измеряют на специальных моторных стендах — CFR-моторах (Cooperative Fuel Research), работающих на эталонном топливе и испытуемом образце. Двигатель приводят к детонации изменением опережения зажигания, а интенсивность детонации фиксируют детонационным индикатором. Результаты методов исследования (М) и моторного (Э) усредняют.
В лабораторных условиях применяют также ускоренные методы — хроматографический анализ углеводородного состава с расчётом октанового числа по корреляционным уравнениям.
¶Интересные факты
- Название «октановое число» происходит от изооктана — одного из компонентов эталонной смеси, хотя сам изооктан имеет номер 100, а не 8.
- Стандартное октановое число изооктана (2,2,4-триметилпентана) действительно равно 100, а термин закрепился за всей шкалой.
- В США и Канаде на колонках указывают (R+M)/2 — среднее значение двух методов, что аналогично российской системе АИ.
- Октановое число авиационных бензинов может достигать 100–130 и определяется по отдельной шкале (метод М).
¶Источники
- ГОСТ 32513-2013 «Топлива автомобильные. Бензины. Технические условия»
- ГОСТ Р 52368-2005 «Топлива дизельные. Требования»
- Справочник «Нефтепереработка и нефтехимия»
- Учебник «Химия нефти и газа» под редакцией В. Ф. Тюдина
- Стандарты ASTM D2699, D2700 (определение октанового числа)