Октановое число — это самый основной параметр бензина. Говоря простым языком, чем выше степень сжатия горючего без его воспламенения, тем большую мощность может развивать двигатель автомобиля. Бензин смешивается с воздухом и попадает в камеры сгорания поршней, в них он взрывается, приводя поршни в движение, этот момент силы передается на коленчатый вал, а уже от него на трансмиссию.

Для того, чтобы поршни двигались равномерно, нужно заливать тип бензина, детонирующий только при определенных условиях, которые создаются в блоке цилиндров автомобиля.

Бензин состоит из двух основных компонентов — изооктана и н-гептана . Изооктан не поддается детонации даже при самом высоком давлении, которое создается в камере сгорания поршней, тогда как н-гептан — это взрывоопасный компонент. Условно детонационная стойкость изооктана составляет 100, а н-гептана — 0. Октановое число — это процентное содержание изооктана в бензине. Чем оно выше, тем ниже детонационная способность топлива при сжатии.

Обычно, на нефтеперегонных заводах после перегонки нефти октановое число составляет не более 70-ти процентов. Для его повышения используются различные присадки — антиокислители, антидетонаторы, антикоррозийные составы.

В зависимости от типа двигателя производитель указывает, бензин с каким октановым числом следует использовать. Распространено ошибочное мнение, что бензин с высшим октановым числом подойдет любому типу бензиновых двигателей, но это абсолютно не соответствует истине, поскольку не приведет к повышению мощности двигателя.

Существуют виды двигателей, которые могут работать с различными типами бензинов с октановым числом от 92 до 98. В таком случае использование бензина с высшим октановым числом может отразиться на увеличении мощности всего на 5 процентов. В условиях города ощутить эту разницу практически невозможно.

Сегодня мы поговорим о таком редко обсуждаемом обывателями явлении, как октановое и цетановое числа в топливе. Что это такое в сравнении одно с другим? В чем разница? Где применяется октан, а где цетан? И нужно ли мне это знать?

Октановое число

Начнем с основ, самого простого и распространенного показателя, октанового числа. Он используется в качестве шкалы оценки бензина. Октановое число , как слышали скорее всего многие, является показателем, который характеризует детонационную стойкость бензина, то есть возможность топливу сопротивляться самопроизвольному воспламенению при сжатии .

Что это означает? Бензин с более высоким октановым показателем может быть сжат до более высоких атмосфер (высокого давления), при этом топливовоздушная смесь не воспламенится раньше времени. Иными словами, можно подвести такой вывод под одной из тех цифр, что мы обычной видим на заправках: 92, 95, 98, - это показатель того, насколько вы можете сжать воздушнотопливную смесь прежде чем бензин в ней загорится.

C₈H₁₈ Макет октана

Если происходит преждевременное возгорание топлива, до того, как в заданный промежуток времени проскочит электрическая искра, мы получим так называемую детонацию, крайне вредное для любого мотора явление, с которым инженеры уже давно научились бороться. Как видим, в том числе при помощи топлива.

Кстати, а знали ли вы, что шкала алканов, в которые входят в том числе и октаны, простирается от 0, этот показатель соответствует гептану (C₇H₁₆) до показателя в 100 единиц, что соответствует октану (C₈H₁₈)? Теперь знаете или по крайней мере вспомнили. Вот такое небольшое отступление в химические дебри школьной программы.

Чем еще полезен высокооктановый бензин, кроме отсутствия или минимального присутствия возможности детонации? При высоком показателе компрессии двигатель способен развить больше крутящего момента при одном и том же объеме израсходованного топлива. То есть, двигатель становится эффективным. При этом двигатель позволяет заранее выставить фазы, что даст временной запас при движении поршня в верхнюю мертвую точку и оптимально поджечь смесь.

И наконец, благодаря вышеназванным плюсам, высокооктановое топливо лучше работает в двигателях с турбинами и нагнетателями.

Пару слов о низкооктановом бензине. Все те показатели, только со знаком минус, наблюдаются у топлива с низким октановым числом. Этим обусловлено использования бензинов АИ-80, 92 и в относительно маломощных атмосферных моторах.

Цетановое число

Цетан используется для схожей шкалы оценки, только у дизельного топлива. Характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки горения рабочей смеси.

Что это значит? Это измерение временного промежутка, с того момента, когда топливо впрыскивается в цилиндр и когда это топливо начинает гореть. По науке - промежуток времени, проходящий от впрыска топлива в цилиндр до начала его воспламенения .

Высокое цетановое число дизельного топлива, будет являться измеренным показателем того, насколько топливо быстро воспламеняется после впрыска в цилиндры. И, наоборот, низкое цетановое число, означает, что для поджигания топлива потребуется некоторый временной промежуток.

C 16 H 34 Макет цетана

Измеряется показатель цетана также по шкале углеводородов, крайний левый в которой будет 1-метилнафталин, (C 11 H 10) - отображается 0, 100 - цетан (C 16 H 34).

Преимущество ускоренного возгорания дизельного топлива заключается в том, что двигатель работающий на нем может развивать больше крутящего момента, задержка зажигания будет минимальной, скорость набора оборотов будет выше. Синхронизация работы фаз при помощи работы двигателя на высокоцетановом топливе может проводиться более точно, воспламеняя топливовоздушную смесь в тот момент, когда требуется развить максимальный крутящий момент.

Финальным плюсом высокого показателя цетана можно назвать низкие выбросы углеводородов в атмосферу, поскольку такое топливо сгорает полнее. Но, при этом, как показывают исследования, твердых частиц из выхлопной трубы выбрасывается больше, чем у дизельного топлива с низким показателем цетана.

Как бы то ни было, чем выше цетановое число, тем лучше, это показатель более качественного ДТ.

Надеемся теперь вопросов не возникнет.

Видео взято с YouTube-канала: "Engineering Explained"

ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО –мера детонационной стойкости бензина и моторных масел.

Во всем мире производится и потребляется огромное количество бензина – как автомобильное топливо. Чтобы бензин сгорал в цилиндрах автомобиля «правильно», он должен обладать рядом свойств. Одно из важнейших – октановое число. Именно оно написано на всех бензозаправках, и от него зависит качество и цена бензина. Когда из выхлопной трубы валит черный дым, а двигатель издает резкие звуки, это означает, что бензин в цилиндрах вместо сгорания с положенной ему скоростью 15–60 м/с начинает взрываться – детонировать со скоростью 2000–2500 м/с (см . ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА). Детонационная волна многократно отражается от стенок цилиндра, создавая неприятный звук, резко снижая мощность двигателя и ускоряя его износ.

Причина детонации – выделение энергии при повышенном образовании гидропероксидов ROOH в парах бензина при их окислении кислородом воздуха (см . ПЕРОКСИДЫ). Если концентрация гидропероксидов превысит некоторый предел, произойдет их взрывной распад. Взрыв пероксидов протекает по механизму разветвленно-цепных реакций (см . ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ). Для повышения детонационной стойкости есть два пути. Первый – повысить в составе бензина долю разветвленных и ароматических соединений. Второй – ввести в топливо небольшие количества специальных добавок. Обычно используют оба пути.

Чтобы определить антидетонационные свойства полученной смеси, в 1930-х была предложена специальная шкала, в соответствии с которой стойкость данного бензина к детонации сравнивается со стойкостью стандартных смесей. В качестве стандартов были выбраны два вещества: гептан нормального строения и один из изомеров октана – 2,2,4,-триметилпентан (его называют «изооктаном»). 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 так. 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(C 2 H 5) 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.

Октановое число определяют разными способами. Для автомобильных бензинов применяют два метода – моторный и исследовательский. В первом случае моделируют работу двигателя в условиях больших нагрузок (движение по шоссе с высокой скоростью), во втором – в городских условиях (скорость движения невелика и происходят частые остановки). Буква «И» в марке бензина АИ-93 как раз и означает, что октановое число этого бензина получено исследовательским методом. А если указано, что октановое число бензина равно просто 76, то это означает, что оно получено моторным методом.

Роль строения углеводорода наглядно видна из таблицы, в которой приведены октановые числа некоторых чистых химических соединений, полученные моторным методом:

Видно, что повышению октанового числа способствуют разветвление цепи, введение двойной связи и появление ароматического кольца. Например, если в результате изомеризации нормального гексана (процесс идет в присутствии катализатора) получить смесь разветвленных изомеров этого углеводорода:

н -C 6 H 14 ® (CH 3) 2 CHCH(CH 3) 2 + (CH 3) 2 CHCH 2 CH 2 CH 3 + CH 3 CH(C 2 H 5) 2 , то октановое октановое число смеси повысится сразу на 20 единиц.

Бензин, получаемый из нефти простой перегонкой (такой бензин называется прямогонным), имеет низкое октановое число – в пределах 41–56, поэтому сейчас такой бензин не используется. Для повышения октанового числа используют более современные методы переработки нефти (термический и каталитический крекинг, риформинг). Термический крекинг (от английского cracking – расщепление) производят нагреванием нефти до 450–550 о С под давлением в несколько атмосфер. При этом молекулы тяжелых углеводородов, которых много в сырой нефти, расщепляются до более коротких, среди которых много непредельных. Первую в мире установку по крекингу жидкой нефти запатентовали российские инженеры В.Г.Шухов и С.Гаврилов (модель этой установки, сделанная по подлинному чертежу патента, полученного Шуховым в 1891, находится в Политехническом музее в Москве). У бензина термического крекинга октановое число повышается до 65–70. В ходе каталитического крекинга процесс ведут в присутствии алюмосиликатного катализатора. У бензина каталитического крекинга октановое число повышается до 75–81. Риформинг (от английского reform – преобразовывать, улучшать) проводят в присутствии катализаторов, способствующих ароматизации насыщенных углеводородов и повышающих долю ароматических углеводородов с 10 до 60%. Раньше в качестве катализаторов применяли оксиды молибдена и алюминия, сейчас используют катализаторы, содержащие платину (поэтому такой процесс называют платформингом). У бензина, получаемого путем каталитического риформинга, октановое число еще выше и равно 77–86.

Для повышения октанового числа в бензин вводят также так называемые высокооктановые компоненты. К ним относятся ароматические углеводороды с короткой разветвленной боковой цепью, например, кумол С 6 Н 5 СН(СН 3) 2 . Другая добавка – так называемый алкилат (алкилбензин), смесь насыщенных углеводородов изостроения, получаемая алкилированием изобутана непредельными углеводородами – алкенами, в основном бутиленами. В результате образуется смесь изооктанов:

СН 3 СН(СН 3) 2 + СН 3 СН=СНСН 3 ® СН 3 С(СН 3) 2 СН(СН 3)СН 2 СН 3 (2,2,3-триметилпентан); СН 3 СН(СН 3) 2 + (СН 3) 2 С=СН 2 ® СН 3 С(СН 3) 2 СН 2 СН(СН 3) 2 (2,2,4-триметилпентан). Алкилат имеет октановое число не менее 90–91,5. Очень эффективно введение в бензин добавки метил-трет -бутилового эфира СН 3 –О–С(СН 3) 3 – нетоксичной жидкости с октановым числом 117; в бензин можно добавлять до 11% этого вещества без снижения его эксплуатационных характеристик. Таким образом, современный автомобильный бензин – это сложная смесь углеводородов, полученных в различных процессах переработки нефти, и специальных добавок.

Чтобы повысить октановое число бензина, широко используют и второй метод: добавляют в него специальные вещества – антидетонаторы. Самым первым из них был сравнительно недорогой и очень эффективный тетраэтилсвинец – бесцветная токсичная жидкость. При высокой температуре в молекулах этого соединения легко рвутся связи Pb–C, с образованием этильных радикалов (см . СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ):

Pb(C 2 H 5) 4 = Pb + 4C 2 H 5 . Атомы свинца легко окисляются кислородом до оксидов свинца (в зависимости от температуры образуются смеси PbO и PbO 2), а диоксид эффективно разрушает гидропероксиды с образованием малоактивных соединений – альдегидов, спиртов и др., например: 2RCH 2 COOH + 2PbO 2 ® 2RCHO + 2PbO + O 2 . Чтобы образовавшиеся при сгорании тетраэтилсвинца оксиды свинца не отлагались на внутренних деталях двигателя, в бензин одновременно вводят специальный «выноситель» свинца (0,3–0,4%), обычно это этилбромид C 2 H 5 Br и дибромпропан C 3 H 6 Br 2 . Тогда свинец выносится вместе с выхлопными газами в виде бромида PbBr 2 . Смесь тетраэтилсвинца с этилбромидом называется этиловой жидкостью, а бензин с такой добавкой называется этилированным (чтобы отличить этилированный бензин от обычного, его окрашивают). Добавка всего 0,1% тетраэтилсвинца может повысить октановое число бензина на 10 единиц. В авиационные бензины добавляют до 0,3% тетраэтилсвинца. Однако это соединение высокотоксично: предельно допустимая концентрация его паров в воздухе равна всего 0,005 мг/м 3 – намного меньше, чем у хлора. Кроме того, ядовитые соединения свинца сильно загрязняют пришоссейные участки земли. Все это привело во многих странах к полному запрещению этилированного бензина в качестве автомобильного топлива или к значительному ограничению его применения.

Были разработаны и другие, менее токсичные антидетонаторы, например, трикарбонил(232-циклопентадиенил)марганец Mn(CO) 3 (C 5 H 5), димер карбонил(232-циклопентадиенил)никеля 2 , ферроцен Fe(C 5 H 5) 2 . К сожалению, эти антидетонаторы слишком дороги, а кроме того образуют твердый нагар на стенках цилиндров в значительно бóльших количествах, чем тетраэтилсвинец, так что работа в этой области продолжается.

Роль увеличения октанового числа можно проиллюстрировать на примере авиационного бензина во время Второй мировой войны. Эту войну часто называют «войной моторов». Моторы – это танки, самоходные пушки, самолеты. Для моторов необходимо топливо, и определенную роль в поражении Германии и ее союзников сыграла нехватка топлива. Менее известный, но не менее важный фактор – наличие у стран антигитлеровской коалиции лучшего по качеству бензина. У немцев и японцев октановое число авиационных бензинов не превышало 87–90, тогда как у их противников оно было не менее 100. Хотя разница может показаться небольшой, летчики оценили ее в полной мере: она позволила на 30% увеличить мощность авиационного двигателя при взлете и наборе высоты; на 20% снизить расход топлива и на столько же увеличить дальность полета, на 25% увеличить полезную нагрузку (а это бомбы, снаряды, дополнительное вооружение), на 10% увеличить максимальную скорость и на 12% – высоту полета. Как отметил британский министр Дэвид Ллойд Джордж, его страна не смогла бы выиграть в 1940 воздушную «битву за Британию», если бы у английских летчиков не было авиационного бензина марки «100».

Массовое производство «100-го» бензина началось в США в конце 1930-х, когда промышленность перешла на каталитический процесс переработки нефти, разработанный французским инженером Эженом Гудри. Он иммигрировал в США в 1930, а уже в июне 1936 начала работать полупромышленная установка Гудри производительностью 2000 баррелей в сутки (американский баррель для сырой нефти и нефтепродуктов равен 139 л). Успешная работа установки позволила уже через 10 месяцев ввести в действие полномасштабный завод мощностью 15 тыс. баррелей в сутки. Другие нефтяные компании также начали внедрять на своих предприятиях установки Гудри, и в 1939, в канун мировой войны, их суммарная производительность достигла 220 тыс. баррелей в сутки. В 1940 Гудри удалось существенно улучшить работу реакторов, заменив природные глины на более производительный синтетический алюмосиликатный катализатор. В результате «бензин Гудри» имел октановое число 82, тогда как ранее не удавалось получить более 72. Поэтому именно бензин, получаемый на установках Гудри, стал основой для получения нового высококачественного бензина (с неслыханным для того времени октановым числом, достигающим 100 и более) в широких масштабах.

Армейские чины США еще в 1934 заинтересовались бензином с октановым числом 100. Испытания показали, что он дает значительные преимущества и является стратегическим продуктом. Но этот бензин был в то время весьма дефицитным. Его получали, добавляя тетраэтилсвинец, изооктан, изопентан и другие компоненты к лучшим сортам авиационного бензина. Процесс Гудри позволил вдвое снизить количество дорогих добавок, необходимых для получения «бензина-100». Заслуги Гудри были оценены американским правительством: вскоре после вступления США в войну он стал гражданином этой страны. В 1941–1942 установки, работающие на основе процесса Гудри, давали 90% всего авиационного бензина стран антигитлеровской коалиции. К 1944 производительность установок была доведена до максимума – 373 тыс. баррелей в сутки.

Гудри получил множество патентов на каталитическую переработку нефти. До сих пор у специалистов-нефтехимиков в ходу термины «гудрифлоу», «удриформинг» и др.; в Англо-русском словаре по химии и переработке нефти приведено семь подобных терминов.

Илья Леенсон

В результате фракционной перегонки нефти под воздействием разных температур получаются всевозможные виды топлива (в том числе и бензин), смазочные материалы, а также продукты для нефтехимического синтеза. Это, бесспорно, знают все, кто бывал на уроках химии в школе. Однако, подъезжая к автозаправке, вы наверняка не раз обращали внимание на загадочные цифры, подразделяющие бензин на разные виды. В чем же их реальное различие?

Эти самые цифры в маркировках бензина обозначают его октановое число. Это основной критерий, по которому классифицируются различные виды бензина. Термин «октановое число» характеризует свойство топлива свободно сгорать в двигателе с учетом разнообразных условий. Чем выше это число, тем бензин более устойчив к самовоспламенению при сжатии. Однако получить при производстве высокооктановый бензин несколько сложнее, кроме того, он должен быть достаточно чистым.

Определение антидетонационных свойств бензина

Каждый двигатель создается для работы на топливе с определенным октановым числом. В России большая часть автовладельцев использует Аи92. Такие виды бензина, как Аи95 и Аи98, как правило, позволяют себе владельцы авто «премиум» класса. Дизельное топливо и Аи80 пользуются еще меньшим спросом.

Определение устойчивости бензина к детонации производится с помощью стандартных смесей. Дело в том, что бензин эквивалентен смеси изооктана и гептана. Соответственно, если октановое число бензина будет равно 92, он будет самовоспламеняться как состав из 92% изооктана и 8% гептана.

Повышение октанового числа бензина

При производстве различных видов бензина используется метод смешивания компонентов топлива. Иначе этот процесс называется «компаундирование». В результате всех необходимых процессов должны получиться продукты, полностью соответствующие государственным стандартам и обладающие точным октановым значением.

Первичная фракционная перегонка нефти выдает бензин с октановым показателем в пределах 70. Качество бензина повышается не только с применением компаундирования, но и благодаря использованию специальных добавок-антидетонаторов. Ранее в целях улучшения детонационных свойств топлива использовался тетраэтилсвинец. При всем том, что для человека это вещество является сильным ядом. В настоящее время в качестве высокооктановых добавок применяются ферроцен или метилтретбутиловый эфир, не обладающие такой огромной токсичностью.