Что такое детонационная стойкость бензина
Детонационная стойкость топлив
Детонационная стойкость — параметр, характеризующий способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии. Это важнейшая количественная характеристика топлива, на основе которой определяется его сортность и применимость в двигателях той или иной конструкции.
Детонационная стойкость бензинов
Для легкотопливных двигателей важна высокая детонационная стойкость топлива (как правило, бензина). В данном случае, она измеряется параметром, называемым «октановое число».
Самовоспламенение части рабочей смеси перед фронтом пламени приводит к взрывному горению оставшейся части топлива — к так называемому «детонационному сгоранию», «детонации». Детонация вызывает перегрев, повышенный износ, или даже местные разрушения двигателя, и сопровождается резким характерным звуком, падением мощности, увеличением дымности выхлопа. На возникновение детонации оказывают влияние состав применяемого бензина и конструктивные особенности двигателя.
Детонационная стойкость дизельных топлив
Для дизельных двигателей, работающих за счёт самовоспламенения рабочей смеси от сжатия, детонационная стойкость топлива должна наоборот быть достаточно низкой, чтобы обеспечить нормальный рабочий цикл.
Способность топлива воспламеняться при сжатии определяет период задержки воспламенения смеси (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения) и выражается характеристикой, обозначаемой как «цетановое число». Чем выше цетановое число, тем меньше задержка, и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь.
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Детонационная стойкость топлив» в других словарях:
Детонационная стойкость — Детонационная стойкость параметр, характеризующий способность углеводородного (илю любого иного) топлива противостоять самовоспламенению при сжатии. Это важнейшая количественная характеристика топлива, на основе которой определяется его… … Википедия
Детонация моторных топлив — Детонация моторных топлив процесс чрезмерно быстрого (взрывного) сгорания топливной смеси в цилиндре ДВС. Вызывает звонкий металлический «стук», вибрацию, а также перегрев двигателя и может вызвать его повреждение. Причины При сжатии… … Википедия
Детонация моторных топлив — наблюдается в поршневых двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием и возникает в результате образования и накопления в топливном заряде органических перекисей, являющихся первичными продуктами окисления углеводородного топлива … Большая советская энциклопедия
Бензин — (Petrol) Бензин это самое распространенное топливо для большинства видов транспорта Подробная информация о составе, получении, хранении и применении бензина Содержание >>>>>>>>>>>>>> … Энциклопедия инвестора
топливо авиационное — топливо авиационное горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя летательного аппарата для получения тепловой энергии в процессе окисления кислородом воздуха (сжигания). К Т. а. относятся авиационные бензины и… … Энциклопедия «Авиация»
топливо авиационное — топливо авиационное горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя летательного аппарата для получения тепловой энергии в процессе окисления кислородом воздуха (сжигания). К Т. а. относятся авиационные бензины и… … Энциклопедия «Авиация»
Октановое число — Указание октановых чисел на американской АЗС. Октановое число показатель, характеризующий детонационную с … Википедия
Топливо авиационное — горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя ЛА для получения тепловой энергии в процессе окисления кислородом воздуха (сжигания). К Т. а. относятся авиационные бензины и реактивные топлива. Первые применяются в… … Энциклопедия техники
Эталонные топлива — индивидуальные жидкие углеводороды или их смеси, используемые для оценки эксплуатационных свойств топлив. Э. т. позволяют определить детонационную стойкость [Октановое число (ОЧ), Сортность бензинов] и самовоспламеняемость [Цетановое… … Большая советская энциклопедия
Октановое число — условная количественная характеристика устойчивости к детонации моторных топлив (См. Детонация моторных топлив), применяемых в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. О. ч. находят сравнением исследуемого топлива с вторичными… … Большая советская энциклопедия
Детонационная стойкость бензина
Важным качеством бензинов всех марок является их способность противостоять самовоспламенению при сильном сжатии, или детонационная стойкость. Оптимальное значение этого параметра обеспечивает нормальное сгорание нефтепродуктов в любом режиме эксплуатации двигателя.
Как происходит детонация и почему это плохо
Бензин – это смесь углеводородов, горение которых протекает по радикально-цепному механизму. Когда топливо сжимается в рабочей камере, возрастают показатели давления и температуры. Такие условия запускают процесс окисления нефтепродуктов, который интенсифицируется при воспламенении смеси. Если отпущен бензин по картам с недостаточной стойкостью к окислению, то происходит накопление перекисных соединений, а затем взрывной распад. То есть топливо внутри камеры самовоспламеняется и взрывается (детонационное сгорание). Губительным следствием детонации становится местный перегрев и даже разрушение узлов двигателя.
Как определяется и в чем выражается детонационная стойкость
Основной характеристикой бензинов является октановое число. Оно показывает долю изооктана и н-гептанона в топливной смеси. Характеристика выражается в процентах. Чем выше значение, тем выше и устойчивость к детонации.
Октановое число определяют в лабораторных условиях на специальных установках. Методы испытаний определяет ГОСТ 511-82 и ГОСТ 8226-82. Значения по двум стандартам получаются разные. В одном случае показатель детонационной стойкости будет характерным для эксплуатации двигателя в форсированном тепловом режиме, а в другом случае – в напряженном. Разница между значениями называется чувствительностью бензина и может составлять от 1 до 12 единиц.
Закупая топливо по безналу, обращают внимание на фракционный состав. Наибольшая детонационная стойкость характерна для ароматических углеводородов, наименьшая – для парафинов нормального строения. Чтобы сохранить оптимальный состав бензина и повысить его детонационную стойкость добавляют специальные присадки – антидетонаторы. Они тормозят цепную реакцию, нормализуют процесс сгорания.
На сайте компании «РусПетрол» вы можете заказать высокооктановые марки топлива с доставкой. Собственные бензовозы позволяют нам оперативно исполнять заказы и предлагать разумные тарифы. По любым интересующим вопросам вы можете проконсультироваться со специалистами компании по телефону.
Другие статьи:
Изменения в сети обслуживания карт литровой и рублевой программы
Московская, Пензенская область.
Начало реализации межсезонного дизельного топлива
Изменения в сети обслуживания карт литровой и рублевой программы
Московская область, Красноярский край, Республика Татарстан.
Моторное масло Rosneft Revolux показало стабильные характеристики при увеличенном пробеге
В течение года в Краснодарском крае проходили испытания премиального моторного масла Rosneft Revolux D4 10W-40.
В Ростове-на-Дону появилась вторая «цифровая» АЗС «Роснефть»
В рамках расширения розничной сети автоматизированных заправок «Роснефть» открыла «цифровую» АЗС в Ростове-на-Дону.
«Роснефть» представила проект «Восток Ойл» зарубежным поставщикам и подрядчикам
«Восток Ойл» поможет в формировании новой нефтегазовой провинции на севере Красноярского края.
Продолжая использовать ruspetrol.ru вы соглашаетесь на использование файлов cookie.
Более подробную информацию можно найти в Политике cookie файлов.
© ООО «РусПетрол», 2007-2021
Воспроизведение материалов сайта
допускается с согласия владельца
Что такое детонационная стойкость бензина и октановое число?
Одним из основных показателей качества автомобильных бензинов является их детонационная стойкость, от которой в наибольшей степени зависят надежность, повышение мощности, экономичность и продолжительность эксплуатации двигателя автомобиля.
Разработка методов оценки антидетонационных свойств бензинов началась в 1918—1919 гг. почти одновременно с изучением явления детонации в двигателях, когда Г. Рикардо создал двигатель с переменной степенью сжатия и предложил оценивать топливо значением степени сжатия, при котором двигатель развивает максимальную мощность. Этот показатель был назван наивысшей полезной степенью сжатия.
Дальнейшие исследования показали несостоятельность метода, так как значение наивысшей полезной степени сжатия не только не оставалось постоянным при переходе на другой двигатель, но изменялось даже при работе на одном и том же двигателе в зависимости от условий окружающей среды.
Позже был разработан метод оценки детонационной стойкости топлива с помощью топливных эквивалентов, основанный на сравнении антидетонационных качеств испытуемого топлива с антидетонационными свойствами некоторых определенных видов топлива, принятых за эталон. В качестве эталонных видов топлива выбирались два: одно из которых детонирует слабо, а другое — сильно, с таким расчетом, что все виды топлива, подлежащие испытанию, по своей склонности к детонации находились между выбранными эталонами. За величину, характеризующую антидетонационные качества топлива, было принято процентное содержание слабоде- тони-рующего топлива в эталонной смеси, эквивалентной по детонационной стойкости исследуемому образцу.
Введение сравнительной оценки антидетонационных свойств бензина дало возможность оценивать эти качества с помощью некоторой условной единицы, а также контролировать антидетонационные качества топлива на специальных одноцилиндровых моторных установках, что существенно упростило испытания.
Сравнительные испытания проводили на разнообразных установках (двигателях) и при различных режимах работы. В качестве эталонных топлив применяли бензол, толуол, спирт, которые смешивали с каким-либо легко-детонирующим бензином. Однако такие эталоны не позволяли получать удовлетворительные результаты, так как условия работы двигателя на бензоле, толуоле и спирте значительно отличаются от условий работы на товарных бензинах. Кроме того, при использовании в качестве легко-детонирующего эталона промышленного бензина невозможно повсеместно обеспечить строгое постоянство его антидетонационных качеств. Накопленный опыт показал, что относительное расположение топливо по антидетонационным свойствам не является постоянным, а зависит в значительной степени от режима работы испытательной установки, метод сравнения топлива с эталоном, состава сравниваемых видов топлива и т. д. В связи с этим возникла необходимость установить единую единицу измерения, оценивающую антидетонационные качества топлив, а также разработать единообразные условия испытания.
В качестве эталонного топлива стали применять химически чистые углеводороды — сильно детонирующий нормальный гептан и слабо детонирующий изооктан (2,2,4-триметилпентан) и их смеси, удовлетворяющие основным требованиям к эталонному топливу: постоянный состав и возможность получения идентичного качества; длительный срок хранения; антидетонационные свойства, охватывающие весь диапазон бензинов; близость условий сгорания в двигателе к условиям сгорания товарных бензинов.
В качестве показателя антидетонационных свойств бензинов, получившего название «октановое число», было принято содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, которая эквивалентна по своим антидетонационным качествам испытуемому топливу.
Октановое число химически чистого нормального гептана принято за 0, а октановое число химически чистого изооктана — за 100.
Составляя смеси изооктана с нормальным гептаном в объемных процентах, можно получить эталонные смеси с детонационной стойкостью от 0 до 100 единиц.
Из-за трудности подбора эталонного топлива, идентичного испытуемому, ограничились подбором двух эталонных смесей с таким расчетом, чтобы испытуемое топливо по своей детонационной стойкости лежало между ними. При условии, что детонационная стойкость подобранных смесей близка, эквивалентная смесь может быть найдена расчетом, исходя из пропорциональности между изменением октанового числа эталонов и показаниями прибора, регистрирующего детонацию.
Применение такой методики вызвало необходимость измерения интенсивности детонации. Основное требование, предъявленное к способу оценки интенсивности детонации при сравнении топлив, заключается в простоте измерения и получения отсчета непосредственно во время испытаний. Как известно, работа двигателя с детонацией сопровождается появлением стука, а также резким повышением давления в конце сгорания. Именно эти явления были использованы для измерения интенсивности детонации.
Детонационную стойкость автомобильных бензинов определяют на одноцилиндровых установках УИТ-85 (УИТ-65) отечественного производства и установках фирмы «Вокеша» (США).
Появившиеся в последнее время в России различные «октанометры» отечественного и зарубежного производства, работающие на принципах измерения диэлектрической проницаемости, углеводородного состава и др., не имеют ничего общего с моторными установками, на которых определяют октановые числа бензинов.
В технологических процессах на нефтеперерабатывающих заводах целесообразно использовать различные индикаторы косвенной оценки детонационной стойкости компонентов, но определение октановых чисел товарных бензинов следует определять только на моторных установках.
Длительное время показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов было октановое число, определяемое по моторному методу. Однако на практике было установлено, что октановое число по моторному методу коррелирует с детонационными требованиями полноразмерных двигателей при работе на максимальных мощностях и напряженном тепловом режиме и недостаточно полно отражает всю характеристику детонационной стойкости автобензинов в условиях эксплуатации. В связи с этим был разработан исследовательский метод определения октановых чисел, который характеризует детонационную стойкость автомобильных бензинов в условиях работы двигателя на частичной нагрузке и меньшей тепловой напряженности (движение по городу).
Даже если бензин имеет соответствующие стандарту или техническим условиям значения октановых чисел по моторному и исследовательскому методам, есть вероятность того, что антидетонационная характеристика бензина не в полной мере отвечает требованиям двигателя.
Соответствие качества бензина и требований двигателя оценивается сопоставлением фактических октановых чисел при стендовых испытаниях двигателя на установившихся режимах и дорожных октановых чисел на режимах разгона автомобиля с требованиями двигателей к октановым числам на этих режимах.
Методы оценки этих показателей соответствия регламентированы стандартом и введены в комплекс методов квалификационной оценки.
Повышение детонационной стойкости бензина также уменьшает вероятность самопроизвольного воспламенения рабочей смеси. Источниками воспламенения могут служить перегретые выпускные клапаны, свечи, кромки прокладок, тлеющие частицы нагара и т. п. Это явление, нарушающее нормальный процесс сгорания, получило название калильного зажигания. Наиболее опасно преждевременное воспламенение (до момента подачи искры), так как оно приводит к снижению мощности, ухудшению экономичности, повышению риска возникновения детонации. Вероятность возникновения преждевременного воспламенения зависит от склонности топлива к образованию нагара в камере сгорания двигателя и свойств образующегося нагара. При сгорании бензинов, содержащих металлоорганические антидетонаторы и большое количество ароматических углеводородов, вероятность появления калильного зажигания и преждевременного воспламенения очень высока.
Некоторые автолюбители для повышения октанового числа бензина добавляют в него нафталин. Действительно, имеются зарубежные патенты, в которых описано использование во впускной системе двигателя «патронов» с нафталином для борьбы с детонацией при разгонах и на высоких скоростях движения автомобиля.
Как известно, нафталин возгоняется, и воздух, проходящий через «патрон», насыщается парами нафталина. Чем выше скорость воздуха, тем больше поступает в газообразном виде нафталина в двигатель и снижается вероятность появления детонации.
Однако применять нафталин, растворяя его в бензине, не имеет смысла, так как при понижении температуры топлива он будет образовывать кристаллы, которые могут забивать фильтры. Кроме того, нафталин способствует нагарообразованию в камере сгорания.
Подавлять детонацию в двигателе можно с помощью впрыска воды. Подача воды в двигатель как способ предотвращения возникновения детонации является одним из наиболее известных и доступных направлений. Механизм действия воды на процессы смесеобразования и рабочий процесс двигателя достаточно известен и изучен. Он связан прежде всего с охлаждением заряда рабочей смеси и деталей цилиндрово-поршневой группы, и таким образом вода понижает требования двигателя к октановому числу применяемого бензина.
Вода не участвует непосредственно в процессе сгорания, но она имеет высокую теплоту испарения 530 ккал/кг, а бензин — 80 ккал/кг, и ее пары, обладая большой теплоемкостью, оказывают существенное влияние на скорость сгорания рабочей смеси, температуру и давление рабочего цикла.
Антидетонационный эффект воды проявляется в результате охлаждения заряда рабочей смеси, цилиндра и его деталей (снижение теплонапряженности двигателя) и действия водяного пара как инертной среды на рабочий процесс в двигателе.
Добавка воды к бензину снижает тепловые нагрузки двигателя, повышает коэффициент наполнения и снижает содержание окислов азота в отработавших газах.
Введение воды в количестве 10% от расхода топлива снижает требования двигателя к октановому числу бензина на 2—3 ед.
Реализация подачи воды во впускной трубопровод с технической точки зрения не представляет особых трудностей, и автолюбители для подобных целей используют различные простейшие устройства. Например, подача пара из радиатора.
Однако следует иметь в виду, что добавление воды к бензину дает эффект только в том случае, если двигатель автомобиля не доработан по тепловому режиму (слишком теплонапряжен), как это было на поршневых самолетах и автомобиле «Запорожец».
Добавка воды к бензину, применяемому на современных автомобилях, только ухудшает их топливную экономичность.
Производство бензина и его характеристики (часть 2).
Показателем детонационной стойкости автомобильных и авиационных бензинов является октановое число. Это эмпирическая величина показывающая содержание изооктана (в % объемных) в смеси с н-гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна топливу, испытуемому в стандартных условиях.
Смесь паров гептана с воздухом при сильном сжатии легко детонирует, поэтому качество гептана как топлива считается нулевым. Изооктан, будучи разветвленным углеводородом, устойчив к детонации, и его качество принимают равным 100. Октановое число определяют следующим образом. Готовят смесь из нормального гептана и изооктана, которая по своим характеристикам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание изооктана в этой смеси и есть октановое число бензина. Существуют горючие жидкости с более высокими антидетонационными характеристиками, чем изооктан. Добавки таких жидкостей позволяют получить бензин с октановым числом более 100. Для оценки октанового числа выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца Pb(C2H5)4. Известно, что это вещество уже в очень малых концентрациях значительно повышает октановое число бензина. Зная, сколько тетраэтилсвинца надо добавить в бензин, чтобы повысить его октановое число на одну единицу, несложно приготовить из изооктана стандартные смеси с октановым числом 101, 102 и т.д.
В лабораторных условиях октановое число автомобильных и авиационных бензинов и их компонентов определяют на одноцилиндровых моторных установках УИТ-85 или УИТ-65. Склонность исследуемого топлива к детонации оценивается сравнением его с эталонным топливом, детонационная стойкость которого известна. Октановое число на установках определяется двумя методами: моторным (по ГОСТ 511—82) и исследовательским (по ГОСТ 8226—82).
Методы отличаются условиями проведения испытаний. Испытания по моторному методу проводят при более напряженном режиме работы одноцилиндровой установки, чем по исследовательскому. Поэтому октановое число, определенное моторным методом, обычно ниже октанового числа, определенного исследовательским методом.
Октановое число, полученное моторным методом в большей степени характеризует детонационную стойкость топлива при эксплуатации автомобиля в условиях повышенного теплового форсированного режима, октановое число, полученное исследовательским методом, больше характеризует бензин при работе на частичных нагрузках в условиях городской езды. Разницу между октановыми числами бензина, определенными двумя методами, называют чувствительностью бензина. Наибольшей чувствительностью (9-12 ед.) отличаются бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, содержащие непредельные ароматические углеводороды. Менее чувствительны (1-2 ед.) к режимам работы двигателя алкилбензин и прямогонные бензины, состоящие из парафиновых и изопарафиновых углеводородов.
Требования к детонационной стойкости бензинов зависят от конструктивных особенностей двигателя, определяющими среди которых являются степень сжатия и диаметр цилиндра.
Детонационная стойкость автомобильных и авиационных бензинов определяется их углеводородным составом. Наибольшей детонационной стойкостью обладают ароматические углеводороды. Самая низкая детонационная стойкость у парафиновых углеводородов нормального строения, причем она уменьшается с увеличением их молекулярной массы. Изопарафины и олефиновые углеводороды обладают более высокими антидетонационными свойствами по сравнению с нормальными парафинами. Увеличение степени разветвленности и снижение молекулярной массы повышает их детонационную стойкость. По детонационной стойкости нафтены превосходят парафиновые углеводороды, но уступают ароматическим углеводородам. Наибольшую чувствительность — разность между октановыми числами по исследовательскому и моторному методам — имеют олефиновые углеводороды. Чувствительность ароматических углеводородов несколько ниже. Для парафиновых углеводородов эта разница очень мала, а высокомолекулярные низкооктановые парафиновые углеводороды имеют отрицательную чувствительность.
Антидетонационные свойства бензинов, получаемых различными технологическими процессами, определяются входящими в их состав углеводородами. Самую низкую детонационную стойкость имеют бензины прямой перегонки, состоящие, в основном, из парафиновых углеводородов нормального строения, причем она снижается с повышением температуры конца кипения. Октановые числа, определяемые по моторному методу, прямогонных фракций, выкипающих до 180 °С, обычно составляют 40—50 ед. Детонационная стойкость фракций с температурой начала кипения 85 °С несколько выше — 65—70 ед. Исключение составляют прямогонные бензины, получаемые из нефтей нафтенового основания (сахалинские, азербайджанские и др.), их октановые числа достигают 71—73 ед.
Для повышения октановых чисел прямогонных бензинов их подвергают каталитическому риформингу.
Октановые числа бензинов каталитического риформинга зависят от жесткости режима процесса. При жестком режиме они достигают ОЧИ — 95-99 (исследовательский метод) и ОЧМ = 86-90 (моторный метод), при мягком режиме соответственно 83—85 и 74—79.
Бензины термических процессов (крекинга, коксования) содержат до 60 % олефиновых углеводородов и по детонационной стойкости превосходят прямогонные бензины: ОЧИ = 68-75, ОЧМ = 62-69. Бензины каталитического крекинга помимо олефиновых углеводородов содержат ароматические и изопарафиновые углеводороды. Их детонационная стойкость выше, чем бензинов, получаемых термическими процессами.
Способы повышения октанового числа.
Повышать детонационную стойкость топлив можно несколькими способами.
Первый способ – использование бензинов каталитического крекинга и риформинга (дорого, надо вкладываться в реконструкцию производственных мощностей).
Второй способ повышения ОЧ заключается в добавлении в базовые бензины высокооктановых компонентов, таких, как изооктан, алкилбензин и др., которые обладают ОЧ по моторному методу около 100 ед. Таких компонентов добавляют в базовый бензин до 40 %, значительно повышая его детонационную стойкость.
Третьим и наиболее простым способом повышения детонационной стойкости топлив является добавление к ним антидетонаторов, т.е. химических соединений, которые при очень незначительной их концентрации в топливе (десятые доли грамма на 1 кг топлива) существенно увеличивают его детонационную стойкость.
Действие антидетонационной присадки основано на замедлении процесса образования гидроперекисей и перекисей и их расщепления.
Соединения свинца
Наиболее эффективными и дешевыми антидетонационными присадками являются органические соединения свинца — тетраэтилсвинец (ТЭС) и тетраметилсвинец, причем первый получил большее распространение. ТЭС представляет собой густую бесцветную и ядовитую жидкость с температурой кипения 200°С. ТЭС хорошо растворяется в углеводородах и плохо в воде. Он ингибирует образование перекисных соединений в топливе, понижая вероятность детонации. Способность ТЭС повышать антидетонационные свойства топлив была открыта в 1921 году, а уже два года спустя ТЭС стали интенсивно производить в промышленности.
ТЭС не применяют в чистом виде, поскольку образующийся металлический свинец осаждается на стенках цилиндров двигателя, что приводит к отказу последнего. По этой причине в смеси с ТЭС вводят так называемые выносители, которые образуют с металлическим свинцом летучие соединения. Выносители обычно представляют собой хлор- или бромсодержащие соединения. Смесь ТЭС и выносителя называют этиловой жидкостью, а бензин, содержащий добавки этиловой жидкости, — этилированным.
Этиловая жидкость очень эффективна в повышении антидетонационных свойств топлив. Добавка долей процента этиловой жидкости в бензин позволяет увеличить его октановое число на 5—10 пунктов. Самая эффективная концентрация ТЭС составляет 0,5—0,8 г на 1 кг бензина. Более высокие концентрации ведут к повышению токсичности топлива, тогда как детонационная стойкость возрастает незначительно. С ростом содержания ТЭС также может снижаться надежность работы двигателя из-за накопления свинца камере сгорания. Если в топливе содержится сера, то эффективность ТЭС резко снижается, поскольку образующийся сернистый свинец препятствует разложению перекисей. При хранении этилированных бензинов их детонационная стойкость уменьшается в результате разложения ТЭС. Этот процесс ускоряется при наличии в топливе воды, осадков, смол, хранении при повышенной температуре и др. Кроме того, ТЭС повышает токсичность, меняет температуру сгорания топлива, что приводит к закоксовыванию поршневых колец, клапанов и отложениям на стенках цилиндров.
Антидетонаторы на основе ТЭС в Российской Федерации запрещены ГОСТ Р 51105-97, который регламентирует производство только неэтилированных бензинов. В Европе и других развитых стран от ТЭС также отказались с введением норм Euro 2.
Соединения марганца
В качестве антидетонационных присадок эффективны два соединения на основе марганца: циклопентадиенилтрикарбонилмарганец (ЦТМ) C5H5Mn(CO)3 и метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганец (МЦТМ) СH3C5H4Mn(CO)3. Первый представляет собой кристаллический порошок желтого цвета, второй — прозрачную маловязкую жидкость янтарного цвета с травянистым запахом, температурой кипения 233°С, плотностью 1,3884 г/см3 и температурой застывания 1,5°С. МЦТМ хорошо растворим в бензине и практически нерастворим в воде.
Оба эти соединения мало отличаются по эксплуатационным свойствам и имеют примерно одинаковую эффективность. В пересчете на общее количество присадок марганцевые соединения не отличаются по эффективности от ТЭС, однако в пересчете на содержание металла они эффективнее. При этом токсичность марганцевых присадок в 300 раз ниже. Их недостатком, однако, является разложение на свету, что ведет к потере антидетонационных свойств. Несмотря на высокую эффективность их применение ограничено требованиями экологичности.
Соединения железа
В качестве антидетонаторов представляют интерес пентакарбонил железа, диизобутиленовый комплекс пентакарбонила железа и ферроцен. Эффективность пентакарбонила железа Fe(CO)5 была обнаружена в 1924 году. Он представляет собой светло-желтую жидкость с характерным запахом (плотность 1,457 г/см3, температура кипения 102,2°С, температура плавления 20°С). Его применяли в 1930-е годы в Германии в концентрации 2-2,5 мл/кг. Затем, однако, его использование было прекращено ввиду того, что при его сгорании образовывались оксиды железа, нарушавшие работу свечей зажигания. При этом увеличивался износ стенок цилиндра двигателя. Прирост октанового числа в случае Fe(CO)5 на 15-20% ниже, чем при использовании этиловой жидкости. Его недостатком также является склонность к быстрому разложению на свету до нерастворимого карбонила Fe(CO)9.
Диизобутиленовый комплекс пентакарбонила железа [Fe(CO)5]3[C8H16]5 представляет собой жидкость с плотностью 0,955 г/см3 и температурой кипения 27-32°С, хорошо растворимую в бензине. По антидетонационной стойкости он близок пентакарбонилу железа.
Ферроцен (С5H5)2Fe — это легковоспламеняющийся кристаллический порошок оранжевого цвета (температура плавления 174°С, кипения 249°С, разложения 474°С). Он полностью растворим в бензине и обладает большей антидетонационной стойкостью, чем другие соединения железа. Ферроцен и его производные можно использовать в составе бензинов всех марок при концентрации железа не более 37 мг/мл. Железосодержащие присадки способны увеличить октановое число на 3—6 единиц. Концентрацию ферроцена ограничивают по двум причинам. Во-первых, из-за образования окислов железа, которые остаются в виде нагара на частях двигателя образуя «ржавый» нагар в цилиндрах, способствуют выходу из строя свечей, а также накапливаются в масле. Во-вторых, из-за повышения склонности бензина к смолообразованию.
Как мы видим у всех антидетонаторов есть «красивые» побочные действия и от их применения на большинстве солидных НПЗ пытаются уйти.
Так же стоит упомянуть средство, которым часто пользуются нечистые на руку владельцы АЗС.
Нафталин. Это средство от моли повышает октановое число на 5—6 единиц. Образует значительное количество нагара в топливной системе и кристаллизуется, забивая шланги, бензонасос и форсунки инжектора.
Соединения бензола. Часто для придания бензину «марки» используют бензол, толуол и другие ароматические углеводороды. Эти соединения, с октановым числом выше 100, намного дешевле ТЭС, да и приобрести их проще, чем тот же нафталин.
Ацетон. Совсем нехитрый способ поднять октановое число до требуемого стандартом уровня. Считается, что смесь ацетона с бензином вызывает коррозию металла, разъедает сальники и прокладки.
Но вернемся к законным методам. Одно из направлений расширения производства высокооктановых неэтилированных бензинов – применение кислородсодержащих компонентов (оксигенатов). К ним относятся спирты, эфиры и их смеси. Добавление оксигенатов повышает детонационную стойкость, особенно легких фракций, благодаря присутствию кислорода в своем составе улучшают полноту сгорания бензина, снижают расход топлива и уменьшает токсичность выхлопных газов. Рекомендуемая концентрация оксигенатов в бензинах составляет 3–15% и выбирается с таким расчетом, чтобы содержание кислорода в топливе не превышало 2,7%. Установлено, что такое количество оксигенатов, несмотря на их более низкую по сравнению с бензином теплотворную способность, не оказывает отрицательного влияния на мощностные характеристики двигателей.
Среди оксигенатов наиболее перспективным компонентом считается метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). В России разрешено производство и применение автобензинов с содержанием МТБЭ до 15%. Ограничение установлено из-за относительно низкой теплоты сгорания и высокой агрессивности по отношению к резинам. Дорожные испытания показали, что неэтилированные бензины с 7…8 % МТБЭ при всех скоростях движения превосходят товарные бензины. МТБЭ – бесцветная, прозрачная жидкость с резким запахом. Температура кипения 48…55°С, плотность – 740…750 кг/м3, октановое число по исследовательскому методу 115…135.
Среди других эфиров в качестве компонентов к автомобильному бензину рассматриваются: этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ), третамилметиловый эфир (ТАМЭ), простые метиловые эфиры, полученные из олефинов С6-С7.
Добавление 7—11% метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) в бензины делает из 92 бензина 95. Атомы кислорода в МТБЭ и в его смеси с трет-бутиловым спиртом улучшают процесс сгорания топлива, повышая экономичность двигателя. Бензины АИ-98 обычно получают с добавлением кислородсодержащих компонентов: метилтретбутилового эфира (МТБЭ) или его смеси с третбутиловым спиртом (ТБС), получившей название Фэтерол — торговое название «Октан-115». Недостаток всех этих компонентов заключается в том, что в жаркую погоду в полупустом баке эфир из бензина улетучивается, что вызывает уменьшение октанового числа бензина.
Весьма эффективным средством подавления детонации является вода, впрыскиваемая во впускную систему двигателя. Однако вода – не антидетонатор. Попадая в камеры сгорания двигателя она испаряется, пар нагревается за счет тепла, выделившегося при сгорании топлива. В результате температура в камере сгорания снижается и детали ЦПГ охлаждаются. Вследствие этого уменьшается скорость окислительных реакций, предшествующих детонации, и предотвращается возможность детонационного горения рабочей смеси. Экспериментально доказано, что впрыск воды в камеры сгорания снижает требования двигателя к антидетонационным свойствам бензинов на 7-10 единиц. Но промышленных, читай серийных систем подачи воды, я не встречал. Есть вариант мелкодисперсной эмульсии в бензине, такие эксперименты проводили в Германии, но в серию это пока тоже не пошло.
Теплота сгорания. Этот показатель во многом определяет мощностные и экономические показатели работы двигателя. Чем выше теплота сгорания, тем меньше удельный расход топлива, либо при том же расходе вам будет казаться, что мощность вашего автомобиля повысилась, т.к. при горении выделиться больше энергии. Теплота сгорания зависит от углеводородного состава бензинов, а для различных углеводородов она, в свою очередь, определяется соотношением углерод: водород. Чем выше это соотношение, тем ниже теплота сгорания. Наибольшей теплотой сгорания обладают парафиновые углеводороды и соответственно бензины прямой перегонки и алкил бензин, наименьшей — ароматические углеводороды и содержащие их бензины каталитического риформинга. Теплота сгорания экспериментально определяется калориметрически.
Теперь, когда мы выяснили что же такое октановое число и теплота сгорания простой пример для особо настойчивых.
Как видно из таблицы октановое число никак не связано с мощностными характеристиками и в частности с теплотой сгорания. Даже если вы зальете в свой авто бензин с ОЧ 120 или более ничего не произойдет, ваше скромное средство передвижения не превратиться в спортивный болид. Если у вас форсированный двигатель вам нужно высокооктановое топливо для стабильной работы и тогда вы получаете бОльшую мощность, но никак не наоборот. Просьба не путать причинно-следственные связи.