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 "я
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.
