Октановое число топлива¶

Октановое число — характеристика детонационной стойкости автомобильного бензина, показывающая его сопротивление самовоспламенению под давлением в цилиндре двигателя. Число выражает содержание в топливе изооктана (2,2,4-триметилпентана), обладающего высокой стойкостью к детонации, в процентах от объёма смеси с нормальным гептаном, который детонирует легко. Октановое число не является мерой энергетической ценности или чистоты топлива — оно характерует только поведение бензина при сжатии.

¶Физическая сущность явления

При сжатии топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя температура и давление растут. Если бензин не обладает достаточной стойкостью, отдельные участки заряда самовоспламеняются до того, как фронт пламени от свечи зажигания успевает пройти цилиндр равномерно. Возникает ударная волна — детонация, сопровождающаяся металлическим стуком, перегревом и разрушением поршней, клапанов и прокладок. Детонация возникает при использовании топлива с октановым числом ниже рекомендованного для конкретного двигателя.

¶Шкала и эталонные топлива

Исторически октановое число определяется сравнением испытуемого бензина с эталонной смесью изооктана и нормального гептана. Изооктану присвоено условное значение 100, гептану — 0. Если бензин по детонационной стойкости соответствует смеси, содержащей 95 % изооктана, его октановое число равно 95.

В мире применяются две основные методики измерения:

• Моторный метод (М) — испытание в лабораторный моторной установке при 900 об/мин, температуре смеси 149 °C, с опережением зажигания 13°. Метод отражает поведение топлива при высоких нагрузках и перегреве.
• Исследовательский метод (И) — испытание при 600 об/мин, температуре смеси 52 °C, с опережением зажигания 13°. Характеризует стойкость при средних нагрузках и малых оборотах.

На практике указывают два значения: например, «95 (92)» означает, что исследовательский индекс равен 95, моторный — 92. Разница между методами называется «чувствительностью» топлива.

В России и странах ЕАЭС действует стандарт ГОСТ 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Бензины. Технические условия», устанавливающий требования к октановому числу бензинов марок АИ-92, АИ-95, АИ-98. Буква «И» обозначает исследовательский метод, цифра — соответствующее значение.

¶Дополнительные методы оценки

Кроме двух классических методов, применяются:

• Метод «Б» (Bondane) — совмещённая методика, при которой октановое число выражается как среднее арифметическое моторного и исследовательского. Используется преимущественно в США.
• Октановое число по методу «Динамика» (RON+MON)/2 — упрощённая форма совмещённого метода.
• Детонационный индекс (KI) — количественная оценка интенсивности детонации, применяемая в некоторых национальных системах.

¶Что повышает и понижает октановое число

Октановое число определяется химическим составом бензина. Прямогонные фракции нефти содержат много ароматических и низкооктановых парафиновых углеводородов. Для повышения стойкости применяют:

• каталитический риформинг, увеличивающий долю ароматических соединений;
• алкилизацию и изомеризацию;
• введение антидетонационных присадок — тетраэтилсвинца (практически не применяется из-за токсичности), ферроценов, металлоорганических соединений марганца.

Снижают октановое число примеси спиртов, воды, а также перегрев топлива в системе подачи.

¶Соответствие топлива и двигателя

Производители автомобилей указывают рекомендованное октановое число в руководстве по эксплуатации. Двигатели с высокой степенью сжатия, турбонаддувом и прямым впрыском требуют бензина с повышенным октановым числом. Использование топлива с более низким значением, чем предписано, приводит к детонации, потере мощности и поломкам. Применение бензина с более высоким октановым числом, как правило, не даёт прироста мощности, но допустимо.

¶Октановое число и экология

С 2016 года в России действует Технический регламент Таможенного союза, ограничивающий содержание свинца в бензине практически нулевым уровнем. Современные бензины Евро-5 и Евро-6 получают высокое октановое число за счёт технологических процессов переработки, а не токсичных присадок. Одновременно ужесточаются требования к содержанию бензола, олефинов и ароматических углеводородов.

¶Интересные факты

• Максимальное теоретическое октановое число нормального гептана — 0, изооктана — 100. Однако существуют вещества, превосходящие изооктан: тoluол имеет показатель 120, метан — около 130.
• В авиации для высокофорсированных двигателей использовали этилированный бензин с октановым числом до 150.
• Понятие «октановое число» введено в 1920-х годах в США, а первые стандарты приняты в 1929 году.

¶Источники

• ГОСТ 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Бензины. Технические условия»
• Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному бензину, дизельному топливу, судовому топливу и топливу для реактивных двигателей»
• Крючков Ю. В. «Химия и технология переработки нефти и газа»
• Вольфсон С. А., Еропкин М. Ю. «Химия нефти и газа»