Как повысить октановое число бензина в домашних условиях
Оглавление:
- Что означает октановое число
- Методы повышения октанового числа
- Метилтретбутиловый эфир
- Добавки на основе спиртов
- Тетраэтил свинца
- Нафталин
- Ацетон
- Марганцевые присадки
- Монометиланилин
- Моющие присадки
- Влияние добавок на работу двигателя
Что означает октановое число
Октановое число бензина — это мера детонационной стойкости, а точнее показатель различных видов топлива и их воспламенения во время работы ДВС. При низких показателях октанового числа, использование такого топлива чревато негативными последствиями для двигателя, по причине детонации топлива. Из наиболее распространенного: преждевременный износ клапанов и седел, а также остатки гари на стенках и поверхностях. Поэтому октановое число должно быть подходящим для того или иного двигателя, а как повысить октановое число мы разберем в этой статье.
Методы повышения октанового числа
По описанным выше причинам было проведено не одно исследование, целью которых было получить бензин с показателем октанового числа выше среднего. Одним из таких, является технологически сложный метод, в основе которого тяжелый процесс нефтеперегона на заводах при помощи разделения и преобразования фракций, а именно благодаря физическому явлению катализа. Этот метод позволяет производить бензин с высокой себестоимостью, улучшенного качества, и с повышенным показателем энергетической ценности. Благодаря стараниям и исследователям, удалось найти методику, благодаря которой схожих значений можно добиться в домашних условиях собственноручно, прибегая к добавлению специальных добавок под названием «антидетонаторы».
Читайте также: Как уменьшить расход топлива. 7 способов как экономить на бензине
Метилтретбутиловый эфир
На сегодняшний день это наиболее популярный метод. Метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) имея огромный показатель детонационной стойкости (более 100 единиц) обеспечивает положительное влияние на работу двигателя: обогащенный кислородом он обеспечивает полноту сгорания понижая выхлопы содержащие элементы СО и СН.
К минусам можно отнести тот факт, что повышенное содержание МТБЭ (больше 20%) является причиной снижения ресурса и роста выбросов окислов азота (NOx) в атмосферу. Однако, у такого метода есть свои негативные последствия — красный нагар на свечах зажигания, или камерах сгорания. При этом в симптоматике снижения ресурса и мощностей автомобиля, свечи постоянно троят а то и выходят из строя.
Добавки на основе спиртов
Кроме того, в топливо активно практикуют добавление этилового и метилового спиртов. Такой метод позволяет добиваться значительных показателей по повышению октанового числа. С помощью умеренного количества 10-процентного этилового спирта, бензин типа Аи-92, с легкостью можно повысить до Аи-95. Спирт увеличивая плотность заряда, одновременно снижает показатель детонации и влияние высоких температур на двигатель. Всё это объясняется охлаждением горючей смеси благодаря повышенной газификации и испарениям при работе.
Принцип работы двигателяТетраэтил свинца
Сам по себе театратил свинца имеет множество положительных сторон: после добавление этой присадки резко снижается «дымность» выхлопов, двигатель работает тише привычного и даже немного мощнее прежнего.
Читайте также: Топливно-воздушная смесь для бесперебойной работы мотора
Нафталин
Старое, позабытое всеми, кроме наших бабушек, средство борьбы с молью и прочей живностью приобрело новое дыхание как один из видов присадок. Всего 500 грамм этого вещества в одну канистру бензина повышает показатель октанового числа на целых три деления.
Ацетон
Ацетон в небольших количествах значительно повышает детонационную стойкость. Добавление подобной присадки нормируется государственными нормами и положениями, потому многие производители не брезгуют повышать октановое число этим методом. Проблема заключается в дальнейшем добавлении этого вещества в составы бензинов низкого качества, пытаясь таким образом получить больше положенного «навара». В итоге получается многократное преувеличение разрешаемой дозы, что в свою очередь чревато распадением ацетона на вредные и токсичные для человека компоненты.
Марганцевые присадки увеличивают детонационную стойкость на 4—5 единиц.
К минусам такого средства можно отнести периодичный выход из строя нейтрализаторов, тем самым снижения эксплуатационных сроков работы двигателя.
Монометиланилин(ММА) в небольших дозах (в пределах 1,3%) не имеет негативного влияния на системы двигателя, и при этом повышает октановое число. А вот если переборщить с концентрацией это может вызвать повышенное нагарообразование, и «зависаниям» клапанов и насосов. ММА довольно токсичен для человека, и при попадании в организм паров содержащих его может быть вызвано сильное отравление с серьезными последствиями.
Читайте также: Альтернативные источники топлива для автомобиля
Моющие присадки
Моющие присадки, как принято считать безвредны, так как они имеют достаточный баланс из ингибиторов коррозийных явлений, деэмульгатора (именно он поглощает воду) и непосредственно самого моющего компонента, среди которого наиболее популярным является ПАВ (поверхностно-активные вещества). Благодаря использованию подобного вещества лучшим образом «разъедается» нагар и отложения другого характера.
Но крайне важно учесть концентрацию подобного вещества. Передозировка (использование более 10%) чревата плохим запуском двигателя, вплоть до полной потери работоспособности.
Влияние добавок на работу двигателя
Как уже было отмечено в описания всех названных выше присадок, их срок действия достаточно мал, а потом они быстро разрушатся и распадаются. Всё это становится серьезной угрозой, так как образованные частички попадают в клапаны и проводят их закупорке. Наиболее важным моментом использования некачественного бензина, разбавленного значительным количество присадок является его способность проводить электричество, в отличие от заводских аналогов с повышенным качеством производства. Такое «свойство» чревато возгоранием двигателя, и потенциально небезопасно для участников дорожного движения.
Как повысить октановое число бензина, полезные советы
Глядя на рост стоимости топлива на заправках, у многих автолюбителей возникает шальная мысль повысить октановое число бензина.
Почему бы и нет?
Конечно, на практике данная работа ложится на «плечи» нефтеперегонных заводов, у которых методы такого преобразования весьма сложные. Но иногда столь оригинальна задача по силам и обычному автолюбителю.
В чем суть
Для начала разберемся, что это за показатель такой и для чего его, собственно, улучшать.
Итак, октановое число характеризует детонационные свойства бензина, то есть его способность воспламеняться в нужное время и с необходимым качеством.
Это основной показатель, которому уделяется особое внимание. К примеру, если октановый показатель бензина АИ-95, то это говорит о его детонации на 95% (как изооктана) и на 5% (как гептана).
В первый же момент после нефтеперегонки бензин имеет минимальное октановое число – 70. В дальнейшем с помощью различных методов и присадок данный показатель можно поднять до желаемого уровня.
Определение октанового числа производится на специальном стенде (часто он имеет вид специального мотора для испытаний).
Проверка выполняется при различных нагрузках – малых и средних.
Но в последнее время начали появляться специальные приборы, которые упрощают проверку.
Параметры топлива, используемого для эксперимента, сравниваются со стандартными составами изооктана и гептана. После этого бензину присваивается своя «цифра».
К слову, каждое органическое соединение имеет свой уровень детонационной устойчивости.
К примеру, метан имеет показатель октанового числа 107,5; пропан – 105,7; бензол – 113; бутан – 93, 6; бензины прямой перегонки – около 58, каталитического крекинга — около 80-85 и каталитического риформинга – 83-97.
Зачем изменять параметр октана?
При низком октановом числе бензин может воспламеняться много раньше, чем это необходимо. В таком случае мощность двигателя снижается, появляется хорошо известный многим автолюбителям процесс детонации.
Кроме этого, применение низкооктанового бензина приводит к детонации двигателя, сокращению срока службы целой группы его основных элементов – седел, клапанов, свечей и так далее.
Если злоупотреблять топливом низкого качества, то капремонт двигателя придется делать намного раньше срока.
Так что для повышения качества бензина и существенного улучшения его эксплуатационных качеств, повышать октановое число все-таки нужно.
Как это делается? В чем особенности каждого из методов? Именно об этом мы и поговорим более подробно.
Основные методы
На сегодня можно выделить несколько основных способов повышения октана.
Каталитический крекинг.
Процесс, который можно реализовать только в условиях нефтеперерабатывающего завода. Этот метод подразумевает, нагрев нефти на катализаторе до температур немногим выше 500 градусов Цельсия.
Во время нагрева в Алканах снижается молярная масса, что позволяет получить на выходе два элемента – ароматические углероды и Алкены.
Как итог, бензин с октановым числом 91-92. Минус такого топлива — в большой концентрации ароматических углеводов. Следовательно, при длительном хранении топлива октановое число может уменьшиться.
Каталитический реформинг.
Здесь полученное после прямой перегонки топливо нагревается до 500-520 градусов Цельсия. Одновременно с этим катализатор (рений, оксид алюминия с платиной и прочие металлы) находится под давлением около 35 атмосфер. На завершающем этапе получается 95-й бензин. КПД – около 75%.
Как и в первом случае, такой вид работ выполняется только в специальных условиях на заводе.
Метилтретбутиловый эфир.
Это одна из наиболее популярных добавок для повышения октанового числа топлива. Ее особенности – бесцветность, способность к легкому воспламенению, низкая токсичность, сильный запах и высокий уровень октана.
Достаточно долить в бензин около 15% данного эфира (от общего объема топлива), чтобы повысить октановое число на 8-12 пунктов.
Чаще всего именно этот метод используется для увеличения «октана». Но у него есть недостаток – полученный таким способом бензин много быстрее испаряется в солнечную погоду из-за своей повышенной летучести.
Спиртовые добавки (на основе этилового или метилового спирта).
Также применяются для повышения качества топлива. К примеру, добавив 1/10 части этилового спирта в бензин АИ-92 можно сделать его 95-м. При этом на авто существенно снижается токсичность выхлопов.
Но данный метод имеет целый ряд недостатков.
Так, проявляется способность спирта впитывать в себя влагу, что требует от автолюбителя дополнительных мероприятий по «осушению» бензина.
Кроме этого, есть высокий риск появления пробок в топливной системе.
К слову, если не предпринимать никаких мер, то в топливе появляется вода, а это повышенный расход, неполное сгорание топливной смеси, высокий риск замерзания бензина в системе и прочие проблемы. Поэтому придется удалять воду из бензина.
Тетраэтилсвинец.
Одна из наиболее качественных добавок, которая активно применяется еще с 1921 года.
Достаточно 1/20 части этого вещества, чтобы поднять уровень октана на 15-18 позиций.
Тетраэтилсвинец применяется в комплексе со специальными «веществами-выносителями», который убирают образовавшийся при сгорании добавки оксид свинца.
Сегодня этот метод запретили из-за опасных паров свинца и их негативного действия на организм человека. Пары вещества очень ядовиты.
Кроме этого, такое топливо нельзя использовать в машинах с каталитическими нейтрализаторами (техника выходит из строя уже через несколько часов работы).
Влияние добавок
Безусловно, высокооктановое топливо – это большой плюс для двигателя. Последний работает стабильнее, повышается мощность, снижается расход топлива и так далее.
Именно поэтому из обихода постепенно выходят устаревшие и неэффективные виды топлива АИ-76 и АИ-80. Но и здесь есть определенные риски.
Если заправить машину бензином с «кустарно» повышенным октановым числом, можно столкнуться с целым рядом проблем, начиная обычной заменой свечей и заканчивая капитальным ремонтом двигателя.
Другие добавки.
Предложения на рынке.
Выводы
Таким образом, увеличить октановое число реально, и способов существует предостаточно.
Но помните, что заниматься таким «искусством» в домашних условиях крайне опасно.
Лучше, когда такая работа производится профессионалами и только в специально оборудованных помещениях.
Что касается применения различных добавок, то на них не очень положительно реагирует двигатель – помните об этом.
Повышение октанового числа — Получение правильного октанового числа для вашего гоночного автомобиля
Многие водители NASA HPDE ездят на своих машинах по трассе и обратно, и из них, вероятно, есть приличное количество тех, кто меняет настройки двигателя между улицей и трассой, особенно с усиленными приложениями.
Автомобили, которые можно переключать между картами для уличной и трековой езды, часто выигрывают от топлива с повышенным октановым числом, но гоночное топливо дорогое, часто несовместимое с оборудованием для контроля выбросов, а октановые усилители не всегда соответствовали задаче повышения октанового числа.
Лен сказал, что есть много способов повысить октановое число топлива. На самом деле, некоторые из них можно найти в вашем местном хозяйственном магазине. Исторически сложилось так, что производители повышали октановое число несколькими способами: свинцом, ферроценом и этанолом.
Тетраэтил был разработан в 1922 году и с тех пор используется для повышения октанового числа. На нем процветали поршневые самолеты, которые летали на большой высоте. Но это свинец. Это токсично. Просто спросите у жителей Флинта, штат Мичиган. Одна капля тетраэтилсвинца в открытый разрез, и вам свет погаснет.
«Вы добавляете свинец, вы добавляете октан. Это старомодный способ. Некоторые виды гоночного топлива до сих пор делают это таким образом», — сказал Лен. «Раньше это был тетраэтилсвинец, и это было красиво. Он пробивал дыры в озоне, и от него было нехорошо, но дело в том, что он добавлял смазки и повышал октановое число».
Свинец не работает с современным оборудованием для контроля выбросов.
В некоторых странах с менее развитой топливной инфраструктурой используется ферроцен, который содержит железо, способное насыщаться кислородом и вызывать коррозию.
Еще один способ получить высокое октановое число — использовать этанол E85, но это может создать собственные проблемы. Например, E85 часто требует замены компонентов топливной системы. E85 также является гигроскопичным, что означает, что он легко поглощает воду, и хотя E85 стоит меньше, чем гоночное топливо или даже бензин с присадкой, повышающей октановое число, он содержит примерно на 30 процентов меньше BTU, поэтому потребление увеличивается соразмерно.
Когда Лен и менеджер Бустана по развитию бизнеса Энтони Капуто учились в колледже Технологического института Джорджии, они оба участвовали в гонках на морских моторных лодках. Одной из проблем было найти топливо с достаточным октановым числом для двухцилиндровых двигателей Chevrolet с наддувом в их 46-футовом катамаране.
Им также приходилось иметь дело с транспортировкой гоночного топлива в 55-галлонных бочках и доставкой их к причалу для заправки лодки.
Для своей выпускной дипломной работы Лен, инженер по специальности, использовал доступ к лабораториям Технологического института Джорджии, чтобы протестировать множество топливных присадок, представленных на рынке. Они обнаружили, что большинство продуктов, которые они тестировали, либо не работали, либо были вредны для окружающей среды, либо выпадали из раствора и оседали на дно резервуара. Итак, Лен взял результаты испытаний и создал добавку, которую они могли использовать.
«Мы долгое время использовали его для собственных гонок, — сказал Лен. «Но только когда люди начали просить немного нашего волшебного сока, у нас с Энди возникла идея, что, если люди просят об этом, почему бы мне не заняться инженерной частью, а вы приложите эту новую степень магистра к работать, наклеить на это этикетку и вывести на рынок?»
Результатом стал Boostane, усилитель октанового числа, который может работать на бензине с октановым числом 93 и поднимать его до октанового числа 110 по цене, меньшей стоимости гоночного топлива.
На самом деле, Boostane может повысить октановое число до 116, но 110 — это переломный момент, когда он становится дороже гоночного топлива.
Важно отметить, что в разделе 18.3.1 CCR NASA прямо говорится, что «добавки к топливу не допускаются, если это специально не разрешено правилами класса», поэтому проверьте свод правил, прежде чем использовать Boostane для гонок.
«Когда мы разрабатывали продукт, мы на самом деле смотрели на периодическую таблицу, и она была составлена довольно изобретательно», — сказал Лен. «Мы знали, что свинец делает то, что обещал, поэтому мы попытались выбрать что-то очень близкое в периодической таблице, обладающее некоторыми из тех же характеристик. И мы это сделали, но просто включения этого элемента в нашу формулу было недостаточно».
Лен все еще должен был найти способ предотвратить разделение ингредиентов и заставить их «хорошо играть» друг с другом. Он также должен был убедиться, что формула не наносит вреда оборудованию по выбросам, такому как датчики кислорода и каталитические нейтрализаторы.
Полученная формула выиграла конкурс SEMA Launch Pad, который является автомобильным эквивалентом телешоу Shark Tank.
«Я не хочу утверждать, что Энтони и я самые умные ребята в комнате. Я хотел бы сказать, что это было из-за большой тяжелой работы, потому что так оно и было, но я думаю, что во многом это было связано со временем», — сказал Лен. «До нас появилось много технологий, и мы были в таком положении, когда у нас была собственная потребность в них. Мы смогли сесть и с чистого листа посмотреть на все другие продукты, которые были до нас, что понравилось и не понравилось людям, и что мы могли реально оценить и решить».
РЕСУРСЫ
Таблица смешивания
www.boostane.com
Изображение предоставлено Boostane
ГОНОЧНОЕ ПОКРЫТИЕ
RACE CAR TECH
Рейтинг бензина по октановому числу | Proceedings
Лейтенант-коммандер Винсент Х. Годфри и лейтенант Ральф Р. Герли, ВМС США
Использование термина октановое число для обозначения качества бензина стало распространенным среди нефтеперерабатывающих заводов и агентств по сбыту.
Он также начинает использоваться в автомобильной промышленности. Анонсирован селектор октанового числа на одном недорогом автомобиле.
Фактическая оценка бензина по октановому числу — это процесс, которым активно занимаются очень немногие морские офицеры или, если уж на то пошло, очень немногие гражданские лица, но знание этого процесса и его значения как в отношении бензина, так и в отношении двигателя в которых он будет использоваться, не может не представлять значительного интереса для всех морских офицеров как фактических или потенциальных владельцев автомобилей и руководителей эксплуатации моторных лодок. Для авиатора понимание значения октанового числа, методов и причин его повышения имеет активное и жизненно важное значение.
В последующих абзацах делается попытка дать определение этому сравнительно недавнему развитию бензиновой и автомобильной промышленности в назидание той большой группе лиц, у которых нет ни времени, ни желания вникать в хитросплетения химии и физики бензина.
октановое число, но которые, тем не менее, требуют умеренного знания его значения применительно к бензину для двигателей внутреннего сгорания. Кратко обсуждается связь между октановым числом и бензиновыми двигателями, а также способ определения октанового числа и методы, используемые для его улучшения.
До недавнего времени весь бензин, как и вся Галлия, делился на три части, а именно: «Hi-Test» или экстра-хороший бензин, стандартный (прямой) бензин и дешевый (третьего сорта) бензин. Разделительные линии между этими тремя сортами бензина были более четко проведены по цене, чем по свойствам самих бензинов. Появление двигателя высокой степени сжатия, который будет стучать, если не будет работать на высококачественном бензине, вызвало потребность в определенной классификации бензинов, которая была бы критерием их пригодности для использования в двигателях с различной степенью сжатия.
Соотношение между качеством бензина и степенью сжатия двигателя, для которого подходит этот бензин, требует некоторого объяснения.
Во-первых, степень сжатия двигателя может быть определена как отношение объема цилиндра над поршнем в нижней части его хода к объему цилиндра над поршнем в верхней части его хода. Когда заряд паров бензина и воздуха, втянутых в цилиндр на такте всасывания, сжимается за счет движения поршня вверх, его температура и давление повышаются. Чем меньше конечный объем над поршнем, тем большее давление необходимо для сжатия заряда до такого размера. Чем сильнее сжимается заряд, тем выше конечная температура и давление, достигаемые перед воспламенением, которое происходит непосредственно перед достижением вершины такта сжатия. Следовательно, в двигателе с высокой степенью сжатия (с большой степенью сжатия) температура и давление в момент воспламенения выше, чем в двигателе с низкой степенью сжатия. У каждого бензина есть определенная «критическая» температура и давление, выше которых он перестает равномерно гореть и самопроизвольно детонирует со взрывной силой. Если эта критическая точка достигается до воспламенения искры, заряд предварительно воспламеняется (самопроизвольно) и детонирует, вызывая явление, известное как детонация, подобное тому, которое возникает при слишком далеком продвижении искры при подъеме на холм или при предварительном воспламенении.
воспламенение, вызванное раскаленными углеродными отложениями. Даже лучшие прямогонные бензины будут детонировать в двигателях со степенью сжатия выше 7:1.
Однако, вообще говоря, детонация в двигателе с высокой степенью сжатия является результатом детонации только части паротопливного заряда. После воспламенения от искры заряд начинает гореть, пламя быстро, но равномерно распространяется от точки воспламенения (точки свечи зажигания) в пространство сгорания. По мере горения температура и давление в цилиндре быстро растут. Часть заряда, еще не достигнутая пламенем, сжимается и нагревается по мере продвижения пламени. Если горение будет достаточно быстрым, температура и давление в баллоне превысят критическую точку для парового заряда и оставшаяся несгоревшей часть заряда взорвется с сопутствующим детонационным стуком. Эта детонация, происходящая вблизи верхнего положения поршня, когда поворотный рычаг кривошипа мал, приводит к большим нагрузкам на двигатель.
Поскольку двигатель с высокой степенью сжатия имеет сравнительно высокие температуру и давление в цилиндре в момент воспламенения, отсюда следует, что бензин, который можно использовать в нем без детонации, должен иметь высокую критическую точку по отношению к этим температурам и давлениям и должен быть относительно медленным горением.
Эти два качества, по-видимому, идут рука об руку и характерны для высококачественных бензинов, в то время как низкие критические значения и быстрое сгорание характерны для более бедных сортов. Чтобы различать эти марки бензина, была разработана методика оценки по октановому числу.
Октановое число бензина представляет собой процентное содержание изооктана (по объему) в смеси изооктана и нормального гептана, которое в стандартном двигателе при аналогичных условиях точно воспроизводит детонацию, создаваемую в этом двигателе бензином обсуждаемый.
Изооктан представляет собой чистый углеводород и представляет собой прозрачную жидкость при атмосферных условиях. Он сравнительно медленно сгорает в цилиндре двигателя и имеет высокую критическую точку. Следовательно, он не имеет тенденции к детонации в нормальных условиях, встречающихся в двигателе. С другой стороны, нормальный гептан, который также представляет собой чистый углеводород с другой формулой, но по внешнему виду напоминающий изооктан, сгорает очень быстро и склонен к детонации при сравнительно низких давлениях и температурах.
Смешивая эти две жидкости в различных пропорциях, можно воспроизвести в цилиндре двигателя стук любого общеупотребительного ныне бензина. По этой причине они используются в качестве эталонов для сравнения детонационных характеристик бензинов.
Прежде чем перейти к стандартному двигателю и методу определения октанового числа, следует развеять довольно распространенное заблуждение. Октановое число не относится к количеству изооктана, присутствующего в бензине. Хотя и изооктан, и нормальный гептан присутствуют в большинстве бензинов, они всегда присутствуют в очень малых количествах, а октановое число не связано с фактическим количеством изооктана в топливе. Другие углеводороды, присутствующие в гораздо больших количествах, фактически определяют антидетонационные свойства бензина. Поэтому октановое число следует рассматривать лишь как условное значение (определяемое в специально сконструированном лабораторном двигателе) для сравнения антидетонационных свойств бензинов.
Каждый бензин представляет собой сложную смесь различных углеводородов, некоторые из которых, подобно изооктану, сгорают медленно и таким образом препятствуют детонации, а другие, например гептан, сгорают быстро и вызывают детонацию.
Процентное содержание этих различных углеводородов или фракций различается для каждого бензина, и на сегодняшний день было невозможно точно предсказать с помощью химического анализа, каковы будут окончательные антидетонационные свойства. Однако результирующая склонность любого бензина к детонации характерна для этого бензина и зависит от источника сырой нефти, из которой он получен, и методов, используемых при его очистке.
Авиационный бензин для военно-морского флота проверяется на октановое число на военно-морской инженерной экспериментальной станции США в Аннаполисе, штат Мэриленд, следующим образом. Используется двигатель Ethyl Gasoline Corporation Series 30. Этот двигатель состоит из одноцилиндрового двигателя со вспомогательным оборудованием, приводимого в движение с постоянной скоростью 900 об/мин. синхронным двигателем и работает при постоянной температуре, которая поддерживается испарительной системой охлаждения на основе этиленгликоля. Этот двигатель сжигает испытуемый бензин при фиксированных условиях степени сжатия, положения искры (опережение 16°) и открытия дроссельной заслонки, достаточного для создания слышимого стука.
Интенсивность детонации измеряется с помощью прыгающего штифта Мидгли, упирающегося в диафрагму, вставленную в стенку цилиндра. При детонации штифт подпрыгивает, замыкая цепь детонометра. Чем сильнее удар, тем выше отскок штифта и тем дольше цепь остается замкнутой. Эта схема состоит из термического сопротивления, источника постоянного напряжения и пирометра, показывающего температуру термического сопротивления. Чем дольше замыкается цепь на каждом контакте, тем выше температура теплового сопротивления, а значит, выше показания пирометра. Этот пирометр, известный как детонометр, оснащен произвольной шкалой так называемой интенсивности детонации.
Фактическая процедура выглядит следующим образом: Выполняется прогон с использованием испытуемого бензина. Когда условия стабилизируются и появляется слышимый стук, показания детонометра записываются. Исходя из предыдущего опыта, оператор может определить правильные пропорции изооктана и нормального гептана, которые будут давать примерно одинаковые показания детонометра.
В соответствии с этим готовят смесь в этих пропорциях и делают вторую попытку с использованием этой смеси. Если результирующее показание детонометра выше, чем у бензина, в смеси недостаточно октанового числа; если ниже, то слишком много. Затем готовится другая смесь с использованием скорректированных пропорций изооктана и нормального гептана, чтобы приблизить ее к показаниям детонометра бензина, и проводится еще один цикл. Затем бензин запускается во второй раз, и если достигнуто совпадение показаний детонометра, окончательный процент изооктана, использованного в смеси изооктана и нормального гептана, присваивается как октановое число этого бензина. С практикой можно очень точно оценить, просто по показаниям детонометра, какой процент изооктана следует использовать, но всегда проводится контрольный запуск бензина, чтобы избежать последствий возможных изменений двигателя и обеспечить точность.
Октановое число коммерческого бензина, продаваемого автомобилистам на автомагистралях, варьируется примерно от 60 для самого низкого сорта до 84 для топлива премиум-класса.
Для авиационных двигателей с высокой степенью сжатия требуется бензин с октановым числом около 80. (Для бензиновых двигателей Macon требуется топливо с октановым числом не менее 85.) При современных методах очистки неэкономично производить прямогонный бензин с октановым числом намного выше 73. В таком случае, как мы можем получить топливо с достаточно высоким октановым числом для двигателей с высокой степенью сжатия наших современных самолетов и автомобилей?
Октановое число бензина можно повысить тремя способами: путем более селективной очистки; путем смешивания с высокооктановым топливом; или путем добавления небольшого количества химикатов, подавляющих детонацию. Методы переработки постоянно совершенствуются, но октановое число продукта ограничено либо дороговизной переработки и малым выходом на единицу количества нефти, либо характером исходной нефти. Некоторые нефтеперерабатывающие заводы прибегают к смешиванию с другими видами топлива с высоким октановым числом, но и у этого есть свои недостатки, поскольку при таком смешивании снижается тепловая единица на галлон топлива, а стоимость разбавителей обычно выше, что увеличивает стоимость топлива.
смесевое топливо. Этанол и метанол, более известные как этиловый и метиловый спирты (зерновые и древесные спирты), используются в сочетании с бензолом во многих европейских странах, но до сих пор не использовались в коммерческих целях в Соединенных Штатах. В настоящее время в Конгрессе ведется некоторая агитация за требование использования этилового спирта в качестве примеси для бензина, но это делается с целью помочь фермеру, а не из каких-либо внутренних достоинств смеси. Вероятно, это повысит цену топлива для потребителя.
Здесь мы снова отвлеклись, чтобы отметить, что изооктан, если его использовать для повышения октанового числа, подпадает под категорию смесевого топлива. В этом случае большие проценты, которые потребуются для достижения каких-либо существенных улучшений, и высокая стоимость в 18 долларов за галлон эффективно препятствуют любому такому использованию. Изооктан сам по себе имеет примерно половину эффективности бензола и стоит примерно в 100 раз дороже.
На сегодняшний день наиболее распространенным методом повышения октанового числа бензина является добавление небольшого процента химического вещества, которое способствует более равномерному сгоранию топливного заряда по всему объему камеры сгорания цилиндра.
Такими химическими веществами являются карбонил железа и тетраэтилсвинец. Есть несколько других так называемых «ингибиторов детонации» этого типа, но тетраэтилсвинец, безусловно, является наиболее эффективным и наиболее широко используемым. Применяется исключительно на флоте для улучшения антидетонационных свойств авиационного бензина. Он получит более широкое признание благодаря использованию в этилированных бензинах, продаваемых в качестве топлива премиум-класса на заправочных станциях.
При переработке октановое число бензина регулируется тщательным контролем низкокипящих фракций, главным образом пропана, бутана и изопентана, которые имеют очень высокие антидетонационные свойства.
При смешивании октановое число получаемого топлива зависит от процентного содержания добавляемого смешиваемого топлива. В случае автомобильного бензина с октановым числом около 63 добавление 40 процентов по объему бензола увеличивает октановое число примерно до 80. Как при очистке, так и при смешивании используемый метод заключается в увеличении процентного содержания медленно горящих компонентов с высокие критические точки за счет более бедных соединений, способствующих детонации.
Химические ингибиторы детонации действуют иначе и требуются только в очень малых количествах.
Действие тетраэтилсвинца на подавление детонации или детонации в двигателях с высокой степенью сжатия трактовалось по-разному. Одна из теорий состоит в том, что коллоидный свинец отделяется от его суспензии в дибромиде этилена под действием тепла и давления, и каждая из частиц, рассеянных по заряду, окисляется с выделением большого количества тепла, образуя таким образом ядро раскаленного вещества, которое воспламеняет часть заряда в непосредственной близости. Таким образом обеспечивается равномерное воспламенение всего заряда и не возникает волна давления, которая, ударяясь о стенки и верхнюю часть цилиндра, вызывает детонацию. Другая и противоречивая теория гласит, что частицы коллоидного свинца под действием тепла и давления образуют бромиды свинца, которые при этих температурах находятся в твердом состоянии (эндотермический процесс). Эти твердые частицы оседают на всех острых выступах и горячих точках, которые в противном случае могли бы вызвать преждевременное воспламенение и детонацию.
Покрытие из свинца увеличивает радиус кривизны потенциального распространения пламени в каждой точке. Результирующее снижение интенсивности тепла вместе с происходящим поглощением тепла предотвращает преждевременное зажигание и вызывает нормальное горение. В любом случае известно, что присутствие инертного вещества (газообразного или твердого) в заряде взрывчатого вещества повышает температуру, необходимую для самовоспламенения, и замедляет скорость распространения пламени, предотвращая тем самым детонацию.
Во флоте процесс повышения октанового числа бензина путем добавления тетраэтилсвинца обычно называют легированием бензина. Военно-морской флот покупает свой авиационный бензин нелегированным, и различные военно-морские предприятия добавляют его в соответствии с октановым числом, требуемым двигателями, в которых он будет использоваться.
Добавление указанного количества тетраэтилсвинца к разным бензинам не обязательно приводит к одинаковому увеличению октанового числа.
Каждый бензин по-своему реагирует на добавление тетраэтилсвинца. Влияние на октановое число, вызванное добавлением тетраэтилсвинца к любому бензину, известно как восприимчивость этого бензина к свинцу, и эта восприимчивость к свинцу сильно различается для разных бензинов. Эта характеристика топлива определяется для всех бензинов, предлагаемых флоту, на Инженерно-экспериментальной станции путем проведения прогонов по октановому числу на двигателе «30-й серии» с каждым бензином в исходном, нелегированном, а затем с различными концентрациями тетраэтилсвинца. добавлено (обычно 1, 2 и 3 кубических сантиметра на галлон). Результаты этих прогонов, нанесенные на график с октановыми числами в виде координат и куб.см. чистого тетраэтилсвинца по оси абсцисс определяют восприимчивость этого бензина к свинцу. На рис. 1 представлена типичная кривая чувствительности авиационного бензина к свинцу. Большие количества, чем 5 куб.см. тетраэтилсвинца на галлон не улучшают октановое число, а в некоторых случаях даже снижают его.
Тетраэтилсвинец поставляется на различные военно-морские станции в виде этиловой жидкости, представляющей собой раствор тетраэтилсвинца в дибромиде этилена. Функция дибромида этилена состоит в том, чтобы предотвратить отложение свинца на свечах зажигания, седлах клапанов и стенках цилиндров и обеспечить его вынос с выхлопными газами. К сожалению, в жидкостях, поставляемых на флот в разное время и разными производителями, пропорции чистого тетраэтилсвинца различаются. Поэтому эти кривые восприимчивости к свинцу следует использовать с должной осторожностью.
Каждое военно-морское предприятие, использующее авиационный бензин, имеет инструкции, определяющие октановое число топлива, используемого в его двигателях. Ссылаясь на кривую восприимчивости поставляемого бензина по контракту, активность находит куб. чистого свинца на галлон бензина для достижения требуемого октанового числа. Это количество куб. свинца превращается в куб. жидкости на галлон топлива путем умножения на соотношение жидкости и свинца, указанное на контейнере, в котором доставляется этиловая жидкость.
Если куб.см. чистого свинца использованы в качестве абсцисс кривой восприимчивости, интерполяция к cc. этиловой жидкости становится весьма вовлеченным.
В дополнение к октановому числу 73 военно-морской флот требует, чтобы авиационный бензин сгорал без детонации и потери мощности (пригоден для продолжительной эксплуатации) при степени сжатия не менее 6:1 в двигателе с регулируемой степенью сжатия, разработанном Национальный консультативный комитет по аэронавтике. На самом деле степень сжатия этого двигателя увеличивается для последовательных запусков до тех пор, пока не будет достигнута самая высокая полезная степень сжатия, о чем свидетельствует разрушительная детонация, возникающая при любом увеличении степени сжатия. H.U.C.R. (наивысшая полезная степень сжатия) бензина — это степень сжатия, при которой тормозная мощность испытуемого двигателя начинает падать. В этот момент стук приближается к разрушительной интенсивности. На этом двигателе становится очевидным, что топливо с более высоким октановым числом сгорает без детонации при более высокой степени сжатия, чем топливо с более низким октановым числом.
Степень сжатия является определенной величиной для любого двигателя. Его можно изменить только изменением конструкции или применением специальных головок цилиндров или поршней. Различные марки двигателей могут иметь одинаковую степень сжатия, хотя форма камеры сгорания и расположение свечей зажигания могут быть совершенно разными. Очевидно, что последние два фактора будут оказывать решающее влияние на распространение пламени в паровом заряде; следовательно, от доли заряда, который может взорваться. Таким образом, между двигателями разной конструкции, имеющими одинаковую степень сжатия, будет довольно сильно различаться октановое число самых бедных бензинов, которые будут гореть без детонации и детонации. Однако степень сжатия остается решающим фактором при выборе подходящего топлива для двигателя.
Из этого следует, что для данной степени сжатия наиболее эффективно спроектирован тот двигатель, который может развивать расчетную мощность при сжигании топлива с самым низким (с наименьшим октановым числом) без детонации.
Интересно отметить, что в серии исчерпывающих испытаний автомобильных двигателей, сгруппированных по степени сжатия, были обнаружены различия в целых 7 октановых чисел в топливах, которые сгорали при данной степени сжатия без детонации. Эти различия были связаны с различной формой камеры сгорания, расположением свечей зажигания, эффективностью охлаждения и различными металлами, используемыми в поршнях и головках цилиндров.
Производители автомобилей быстро обращают внимание на октановое число и прилагают все усилия для разработки своих двигателей таким образом, чтобы обеспечить преимущества высокой степени сжатия наряду с возможностью использовать топливо со сравнительно низким октановым числом.
Описанный здесь метод оценки топлива по октановому числу имеет свои ограничения. Например, в конечном итоге может быть широко использовано топливо с октановым числом, превышающим 100 процентов, и в этом случае октановое число не может быть получено по указанной выше шкале, поскольку 100-процентное изооктановое число является наилучшей смесью, которую можно получить с используемые стандарты.