Детонационная стойкость бензина, как оценивается

Бензин – продукт нефтепереработки, имеющий температуру самовоспламенения +250 градусов Цельсия. При этом температура вспышки состава (процесс, при котором объем топлива может воспламениться от контакта с искрой, но без продолжения устойчивого горения) составляет всего -43 градуса.

Что такое детонационная стойкость бензина

Это означает, что бензин может быстро воспламениться даже на морозе, что уж говорить о камере сгорания автомобиля, где температура может достигать сотен градусов выше нуля.

Контакт молекул бензина друг с другом, особенно во время движения автомобиля, контакт с различными внутренними поверхностями и воздействие случайного статического электричества могут привести к самовоспламенению жидкости.

Периодическая детонация состава препятствует его ровному и сбалансированному сгоранию в камере силового агрегата автомобиля. Твэлы формируются непропорционально; увеличивается количество окисляющих соединений в составе, которые под действием высоких температур разрушаются в виде взрыва и провоцируют большее количество самодетонаций.

Если бензин имеет плохую детонационную стойкость, двигатель находится в режиме постоянного перегрева, КПД резко падает, а во время движения из-под капота доносятся характерные стуки и шумы. Внутренние конструкции изнашиваются и быстро приходят в негодность, а те, что не разрушились, покрываются нагаром и продуктами теплового взрыва. Постоянное воздействие детонирующих тепловых волн на двигатель может в конечном итоге полностью его разрушить. Все это приводит к дорогостоящему ремонту автомобиля.

Приборы для измерения.

На рынке представлены агрегаты отечественного и зарубежного производства:

• ОКТИС;
• Дигитрон.

К специальным установкам относятся: ОКТАН-ИМ, ОКТАНОМЕТР ПЭ-7300М, ШАТОКС SX-100М.

Принцип работы у них одинаков: измерение октанового числа путем сравнения с эталонными показателями. При этом топливо разных производителей разное, поэтому и показатели будут разными. За стандарт принимается топливо одного производителя, в противном случае необходимо провести калибровочные работы.

Детонационная стойкость различных типов двигателей

Для легкотопливных двигателей характерна высокая детонационная стойкость автомобильного бензина. Обеспечивает нормальное сгорание этих видов топлива на разных режимах работы двигателя. Процесс детонации в этом случае обсуждался выше.

Для обеспечения нормального рабочего цикла в дизелях, работающих за счет самовоспламенения от сжатия рабочей смеси, детонационная стойкость топлива должна быть низкой. Для этих двигателей используется такая характеристика, как «цетановое число», показывающая период времени от поступления топлива в цилиндр до начала сгорания. Чем он выше, тем меньше задержка, тем тише осуществляется сгорание топливной смеси.

Эксплуатационные материалы

к основным эксплуатационным свойствам топлива относятся: нетоксичность, теплотворная способность, стабильность, детонация…
стойкость и карбюрационные свойства (для бензина), антикоррозийные, стойкость к нагару…
При рассмотрении вопроса о пригодности бензина для карбюраторного двигателя важным показателем является детонация…
долговечность, то есть способность бензина сопротивляться детонации….
Октановое число используется для измерения ударопрочности.

Определение фактической детонационной стойкости оксигенатных бензинов

Для оценки реальной детонационной стойкости оксигенированных бензинов предлагается использовать метод, приведенный в ГОСТ 10373 75 «Бензины автомобильные для двигателей. Методы детонационных испытаний». Представлены результаты исследования оксигенированных бензинов по данному ГОСТу, в результате которых выявлено среднее повышение октанового числа более чем на 5 единиц для бензина, содержащего оксигенатную присадку.

Автор(ы) Цыганков Дмитрий Владимирович
Мирошников Александр Михайлович
Питенев Евгений Викторович +1 Источник Вестник Кузбасского государственного технического университета Creative Commons Научный журнал

У вас бензин свежий?

Что грозит двигателю на дешевом 95 бензине?

Цены на топливо к сожалению растут, а потому желание купить его про запас понятно. Однако современные бензины теряют свои первоначальные качества еще быстрее, чем их предшественники, в которых использовался тетраэтилсвинец.

По действующему стандарту гарантийный срок хранения бензина составляет 1 год со дня изготовления. Разделения по октановому числу и климатическим зонам нет. Так что АИ-95, залитый в тару, имеет полное право потерять свои характеристики в течение года.

Лет сорок назад в справочниках сообщалось, что срок годности бензина с 93 по 98 составляет 24 месяца для северной зоны, 18 для средней полосы и всего 6 месяцев для южной зоны.

Способы предотвращения детонации

Его необходимо предотвращать в момент работы двигателя, когда транспортное средство находится в движении, в связи с чем возникает необходимость принятия срочных мер для предотвращения повреждения двигателя в наибольшей степени. Кроме того, усилия конструкторов должны быть направлены на развитие последних с комплексным противодействием рассматриваемому явлению.

Одним из основных способов предотвращения потенциальной детонации является получение бензина с достаточно высокой ударопрочностью.

Какой показатель считается максимальным.

Постоянное развитие технологий предъявляет повышенные требования к продаваемым маркам бензина. Благодаря использованию разных насадок удается получить экспериментальные данные с детонационной стойкостью до 140 ед. Но эти показатели нереализуемы по экологическим причинам: добавки содержат металлоорганические соединения. Неэтилированный бензин может иметь высокое октановое число до 109 единиц.

Максимальные значения для авиатоплива – до 115 единиц. Современные автомобили рассчитаны на использование бензина 95 и 98. Более высокие цены (до 102 единиц) — только для гоночных автомобилей.

Тетраэтилсвинец

Самый распространенный и самый эффективный антидетонатор с высоким индексом вязкости. Благодаря этому можно повысить октановое число на 17 единиц. В чистом виде не используется, так как при сгорании образует оксид свинца и провоцирует отложение нагара на элементах двигателя. Поэтому тетраэтилсвинец соединяется с дибромпропанолом, бромистым этилом или диметаном для удаления продуктов оксида свинца и снижения нагрузки на элементы двигателя.

А зачем нужно дорожное число?

Профессиональные мотористы и нефтяники используют другой термин, термин «октан». Ведь оба метода — и двигательный, и исследовательский — определяют детонационную стойкость только при постоянных режимах работы двигателя. Но в реальной жизни режим разгона не менее важен.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала летучие фракции топлива поступают в камеру сгорания раньше тяжелых углеводородов, и поэтому инженеру важно представлять октановое число применительно к легким фракциям. Такая проверка проводится при дорожных испытаниях автомобиля в городских условиях, и полученное октановое число называется дорожным – ДОК. Дорожный ROI обычно находится посередине между ROI и ROI.

Способы повышения рассматриваемого показателя. Характеристика этиловых бензинов

Существуют следующие способы повышения ударопрочности бензина:

• ввод высокооктановых компонентов;
• выбор сырья и технологии производства;
• введение антибанковских фондов.

До недавнего времени основная масса последнего тетраэтилсвинца (ТЭС), представляющего собой яд в виде жидкости, была нерастворима в воде, но легко растворялась в нефтепродуктах.

Однако свинец накапливается в качестве продукта сгорания в камере сгорания, увеличивая компрессию двигателя. Поэтому вместе с ТЭС в бензин добавляют очистители этого элемента, образующие при сгорании летучие вещества, которые удаляются с выхлопными газами.

В качестве последних могут быть использованы вещества, содержащие галогены, такие как бром или хлор. Смесь очистителя с ТЭС называется этиловой жидкостью. Бензин, в котором он используется, называется этилированным. Они высокотоксичны и их применение должно сопровождаться применением повышенных мер безопасности.

Со временем стали вводить новые требования к экологичности двигателей, что привело к переходу на неэтилированный бензин.

Детонационная стойкость бензина: как оценивается

Октановое число используется для определения устойчивости различных видов топлива к самовоспламенению. Этот параметр указывает на соотношение между изомером октана и н-гептана в стандартном веществе, принятом за эталон. Чем больше изооктана в жидкости, тем выше детонационная стойкость. Затем сопоставляют детонационную стойкость смеси с определенным объемом изооктана с сопротивлением воспламенению в объеме испытуемого образца бензина.

Какие параметры используются для оценки ударопрочности автомобильных бензинов массового применения? Методы оценки детонационной стойкости композиции основаны на лабораторных условиях. Октановое число можно определить исследовательским или моторным методом. Отличие заключается в конструкции тестовой установки. При исследовательском методе частота вращения коленчатого вала составляет 600 об/мин, при моторном — 900 об/мин за 60 секунд. В последнем способе бензин тоже нагревается почти до +150 градусов.

Результат обоих вариантов оценки одинаков, но предполагается, что показания моторного метода более характерны для движения автомобиля в шоссейном режиме. При розничной продаже топлива используются значения, полученные в результате исследований.

Понятие о повышении детонационной стойкости

Вышеизложенное свидетельствует о том, что последнее необходимо увеличить для продления срока службы двигателя.

Для повышения ударопрочности бензина используются специальные антидетонационные присадки. Октановое число увеличивается с увеличением молярной массы углеводородов и степени разветвленности углеродной цепи, а также при превращении алканов в алкены, нафтены и ароматические углеводороды с одинаковым числом атомов углерода.

Какое топливо использовать.

Для каждого автомобиля производитель рекомендует топливо с точным октановым числом, которое определяется техническими показателями. Хоть на автомобили и стали устанавливать антидетонаторную систему, но нарушение этих рекомендаций может привести к увеличению расхода такого топлива, снижению мощности двигателя, появлению металлического звона и сбоям в работе системы зажигания, охлаждения и так далее, использование топлива с более высоким октановым числом, чем указано производителем, также не выгодно. Можно наблюдать как удорожание бензина, так и его неполное сгорание.

Термический крекинг. Варианты технологии крекинга: цели и задачи

Извлечение из тяжелых нефтяных остатков лишнего количества бензина, имевшего высокую детонацию…
долговечность и низкая химическая стойкость….
на процесс термического крекинга влияют давление, температура, продолжительность процесса, термическая стабильность…
Определение 2 Детонационная стойкость – параметр, характеризующий стойкость топлива

Как связаны с детонацией n-гептан и изооктан.

Изучение процесса детонации определило устойчивость различных веществ. Это означает, что каждое вещество воспламеняется с разной скоростью. Так, ученые определили, что н-гептан — соединение, неустойчивое к воспламенению, а изооктан — стабильное.

Получается, что качественный и стойкий к давлению бензин должен содержать большое количество изооктана и минимальное количество н-гептана.

Какое число определяет детонационную стойкость бензина

Так, согласно изложенному, названия известных бензинов марок АИ-92 и выше отражают реальное октановое число смеси, полученное в результате научно-исследовательских испытаний.

Условная характеристика детонационной стойкости бензина, используемого для питания большинства легковых и грузовых автомобилей, колеблется от 92 до 100 баллов с шагом в несколько единиц. Бензины марок АИ-98 и АИ-100 считаются высокооктановыми, но из-за большой нагрузки на двигатель их можно заливать только в топливные отсеки автомобилей премиум-класса и спортивных автомобилей.

При выборе марки бензина лучше ориентироваться на паспортную документацию конкретной марки автомобиля. Если производитель рекомендует заливать АИ-95, следует прислушаться и не экспериментировать с намеренным снижением или повышением октанового числа.

Детонационная стойкость бензина 95 ед., определенная исследовательским методом, равна детонационной стойкости 86 ед., определенной двигательным методом.

Чей октан больше – наш или американский?

В США октановое число AKI (антидетонационный индекс) определяется как среднее арифметическое между упомянутыми выше RON и MON. И если в американской инструкции к машине указан, например, 91 бензин, то в России необходимо заливать только АИ-95! Примерное соотношение нашего и американского октановых чисел выглядит так:

• АИ-92 = АКИ 87
• АИ-95 = АКИ 91
• АИ-98 = АКИ 93

Существующие мифы об октановом числе.

Из-за того, что большинство автовладельцев имеют лишь смутное представление о топливной экономичности, возникает множество мифов. Вот некоторые из них:

1. С повышением температуры сгорания мощность двигателя увеличивается. Использование высокооктанового бензина не увеличивает эффект, так как температура и выделяемое тепло практически одинаковы для всех марок топлива.
2. Портативные приборы показывают точное количество октана. Точные результаты можно получить только с помощью стендовых испытаний. Остальные измерения являются приблизительными, так как на них влияет множество факторов.
3. В 92-м бензине нет присадок, и он безвреден для двигателя. Бензин с октановым числом выше 90 содержит примеси, которые полностью сгорают. Таким образом, система не повреждена.
4. Чем выше октановое число, тем лучше топливо. Номинал не является основным показателем качества. Бензин содержит примеси, которые могут загрязнять окружающую среду.
5. Наиболее ценным компонентом является количество октана. Стандарт обозначения – изооктан, что позволяет маркировать топливо. Октан нельзя добавлять в топливную смесь, так как его нестабильность ниже, чем у н-гептана.

Благодаря совершенствованию технологий можно получать высокооктановое, качественное топливо без добавления вредных химикатов.

Свойства бензинов, обуславливающие возникновение детонации

К ним относятся: фракционный состав, содержание серы, устойчивость с физико-химической точки зрения, строение углеводородов и др.

Наибольшая детонационная стойкость характерна для ароматических углеводородов, а наименьшая – для нормальных парафинов. Другие, входящие в состав бензина, занимают промежуточное положение.

Оцените ударопрочность бензина по октановому числу.

Характеристика более безопасных антидетонационных добавок

Неэтилированный бензин потребовал изменения технологии производства этого продукта и применения антидетонационных присадок, которые отличались бы пониженной токсичностью.

Детонационная стойкость бензина оценивается, в том числе, применением в последнем нетоксичных антидетонаторов. Эффективность на уровне ТЭС демонстрируют марганцевые вещества, представляющие собой нетоксичные жидкости. Однако они нашли ограниченное применение, поскольку снижают долговечность двигателя.

Перспективной добавкой является метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) с физико-химическими свойствами, близкими к бензину. При добавлении в топливо в количестве 10% октановое число увеличивается на 5-6 единиц.

Для высокооктанового бензина используется органическое вещество под названием кумол.

Кроме того, используются высокооктановые присадки на основе одноатомных спиртов и изобутилена. Наибольшее распространение эфиры нашли в производстве чистых бензинов.

Применяются также железосодержащие органические соединения, добавки на основе органического марганца, на основе N-метиланилина, депарафинизированный рафинат

Кроме того, в бензине вместо ТЭС можно использовать тетраметилсвинец (ТМС), который лучше испаряется и более равномерно распределяется по цилиндрам.

Какие показатели влияют на октановое число?

Топливо представляет собой многокомпонентную смесь, полученную путем фракционирования сырой нефти. В чистом виде бензин имеет низкую детонацию (до 60 ед.). Для повышения ударопрочности используются различные процессы и специальные добавки.

На октановое число влияет количество углеводородов с циклической и разветвленной структурой. Для увеличения количества применяют риформинг и крекинг, а также в топливо добавляют присадки.

Другие присадки для топлива

Для торможения окислительных реакций в бензин вводят антиоксидантные присадки, которыми могут быть древесная смола, представляющая собой смесь фенолов с маслами, параоксифениламин и ФЦ-16, представляющая собой смесь фенолов.

Противообледенительные присадки используются для предотвращения обледенения карбюратора. Подобно им применяются составы, растворяющие воду и образующие с ней низкозамерзающие смеси, а также образующие на частицах льда оболочку, препятствующую их росту и оседанию на стенках карбюратора.

Для удаления отложений можно использовать различные моющие добавки.

Самостоятельное повышение октанового числа.

Вы можете регулировать количество в домашних условиях, добавляя в бензин различные вещества. Самый популярный:

• Лавр Некст Октан Плюс — до 6 ед;
• Астрохим Октан Плюс – с 3-5 ед;
• Octane Plus – с 2–2,5 ед;
• Liqui Moly Octane Plus – 2-5,5 ед.

В зависимости от используемого вещества меняется не только ударопрочность, но и другие параметры бензина, влияющие на работу ДВС.

Из практики использования ТЭС

Водителям со значительным стажем вождения знакомы «красные огни». Окрашивание свечей в этот цвет произошло при добавлении чистого антидетонатора в низкооктановый бензин вместо ТЭС с моющими средствами. Это привело к управлению этими подразделениями. После этого ремонтировать и восстанавливать свечи уже нельзя. Таким образом, детонационная стойкость бензина характеризуется не легкомыслием, а правильным применением специально разработанных для этой цели антидетонаторов.

Этилированный бензин способствует меньшему износу кулачков распределительного вала по сравнению с использованием бензина без ТЭС. Считается, что продукты, образовавшиеся в результате горения, попадали через масло на поверхность, что предохраняло его от износа. Последний также уменьшился по сравнению с другими частями двигателя при использовании этилированного бензина.

Как измерить октановое число?

Методы измерения ударопрочности основаны на процессе сравнения пропорциональной градуировочной зависимости. Для этого используется эталонный образец. Эта методика применима благодаря особой технологии производства бензина – компандированию.

Однако этот процесс имеет ряд недостатков:

• невозможно определить показатели неидентифицированного топлива;
• нет единой модели для топлив, полученных разными способами (крекинг, риформинг);
• для топлив с разным октановым числом необходимо изготавливать разные средства измерений, градуированные по определенным эталонным образцам.

В этом случае на процесс измерения могут влиять внешние факторы, которые невозможно определить и устранить.

Как определить октановое число?

Для определения октанового числа применяют два метода: двигательный (приравнивается к работе двигателя за городом) и исследовательский (работа двигателя в городских условиях). Их значения не совпадают, так как используются разные показатели измерения. Разница между данными показывает чувствительность бензинов. Поэтому необходимо обращать внимание на детонационную стойкость, которая маркируется и определяется по-разному для всех стран.

Для проведения измерений используются одноцилиндровые двигатели, работающие с разной мощностью. Задача опытов — сравнить образцы с эталонной смесью и выбрать наиболее близкий, который будет иметь такие же характеристики.

Экспресс-тесты используются для самооценки бензина. Эти инструменты работают, сравнивая измерения с эталонной базой. Точность зависит от топливных присадок, добавленных производителем.

Факторы, влияющие на рассматриваемый показатель

Детонационная стойкость бензина оценивается не только октановым числом. На него влияют различные факторы.

Детонация усиливается при увеличении степени сжатия двигателя, увеличении диаметра цилиндров, применении поршней и головок из чугуна. Эти факторы являются конструктивными.

К детонационным характеристикам относятся увеличение нагрузки двигателя при постоянной частоте вращения коленчатого вала или снижение частоты вращения двигателя при постоянной нагрузке с увеличением угла опережения зажигания, снижение влажности, увеличение нагара в камере сгорания и температуры сгорания охлаждающей жидкости.

Кроме того, детонация возникает из-за воздействия физических и химических факторов. Последнее связано с тем, что топливо способно образовывать перекисные соединения, которые при достижении определенной концентрации способствуют формированию этого явления. Разложение этих соединений протекает достаточно быстро, при этом выделяется тепло и образуется «холодное» пламя, которое при распространении насыщает смесь продуктами распада пероксидов. Они содержат активные центры, благодаря которым возникает горячий фронт пламени.

Важнейшим физическим фактором является степень сжатия двигателя. Оно прямо пропорционально давлению и температуре в камере сгорания. При достижении критических значений часть рабочей смеси воспламеняется и сгорает со взрывной скоростью.

Как понизить октановое число?

Низкооктановое топливо практически не производится, но техника, работающая на таком топливе, осталась. Для понижения октанового числа применяют следующие методы:

• Добавление керосина. Сложность заключается в правильном выборе пропорций.
• Естественный спад. Используемые присадки содержат вещества, которые испаряются. Открыв топливные баки, вы можете получить низкооктановый бензин. Снижение составляет примерно 0,5 единицы в сутки.

С помощью этих методов важно проверить качество такого топлива и октановое число.

Как повысить октановое число?

Есть два способа повысить ударопрочность:

• Изменить технологический процесс. Добавляя катализаторы на основе рения, можно увеличить количество разветвленных углеводородов.
• Присадки — тетраэтилсвинец (запрещен из-за токсичности), присадки на основе эфира, спирта, ароматических углеводородов.

С помощью присадок можно повысить стойкость бензина к детонации на 10-12 единиц. Это не влияет на окружающую среду, но увеличивает риск образования паровых пробок. В то же время такая топливная смесь теряет свои качества при длительном хранении.