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.