30 % (По объёму) н-гептана, то октановое число испы­туемого бензина равно 70

Нормальный гептан в противоположность изооктану обладает низкими антидетонационными свойствами, и двигатель начинает детонировать уже при низкой степени сжатия; антидетонационные свойства н-гептана условно приняты за 0 единиц.

СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃ или СН₃(СН₂)₅СН₃

Смешивая в различных пропорциях по объёму изооктан и нормальный гептан, получают ряд эталонных топлив с различными антидетонационными свойствами. Чем больше изооктана содержится в смеси, тем выше её антидетонационные свойства. Эталонное топливо, состоящее из 70 % изооктана и 30 % н-гептана (рис. 9), будет иметь антидетонационные свойства, равные 70 единицам. Эти единицы, которые, по существу, показывают процентное содержание изооктана в смеси, и называют октановыми числами.

При определении октанового числа испытуемого бензина на одноцилиндровом двигателе, работающем на этом бензине, повышают степень сжатия до появления детонации. Затем на этом же двигателе подбирают такое эталонное топливо, которое начинает детонировать при той же степени сжатия, при которой начал детонировать испытуемый бензин. Следовательно, испытуемый бензин и подобранное эталонное топливо имеют одинаковые антидетонационные свойства.

Октановое число бензина определяется двумя методами: моторным и исследовательским.

Октановое число, определённое моторным методом, характеризует детонационную стойкость бензинов при использовании их в двигателях, длительно работающих на номинальных нагрузочных и тепловых режимах.

Октановое число, определённое исследовательским методом, характеризует детонационную стойкость бензинов при использовании их в двигателях, работающих в условиях неустановившихся режимов (движение автомобилей в городских условиях).

Октановое число, определённое исследовательским методом, выше октанового числа, определённого моторным методом. Разность этих октановых чисел – чувствительность бензина – используется как дополнительный показатель детонационной стойкости при различных режимах работы двигателя. Чем выше чувствительность бензина, тем лучше его детонационная стойкость при работе двигателя на неустановившихся режимах. Чувствительность бензина зависит от его группового состава. Наибольшей чувствительностью обладают олефиновые и ароматические углеводороды, наименьшей – парафиновые углеводороды; нафтеновые углеводороды по чувствительности занимают промежуточное положение. Чувствительность автомобильных бензинов изменяется в пределах от 2 до 12 единиц.

Детонационная стойкость топлива положена в основу классификации автомобильных (А) бензинов, в марке которых указывается октановое число, определённое моторным (А-80) или исследовательским (И) методом (А-93, АИ-98).

Бензины имеют октановые числа от 70 до 100 единиц. Октановое число топлив, имеющих детонационную стойкость лучшую, чем у изооктана, оценивают по условной шкале октановых чисел; при этом за эталон принимают смесь изооктана с 1,59 мг/л тетраэтилсвинца, для которой октановое число равно 120.

Для повышения детонационной стойкости в бензины вводят высокооктановые кислородсодержащие соединения (спирты, эфиры, воду).

Бензин с октановым числом 100 по своим антидетонационным свойствам равнозначен изооктану.

Таким образом, октановое число бензина – это доля (в объемных пpoцентax) изооктана в эталонном топливе, которое по своим антидетонационным свойствам равнозначно этого бензина.

Склонность двигателя к детонации зависит от режима его работы и от условий эксплуатации.

Кроме качества бензина влияние на детонацию в двигателе оказывают следующие факторы:

• дросселирование двигателя - чем больше прикрыта дроссельная заслонка двигателя, тем меньше причин для возникновения детонации;

• состав горючей смеси - при работе на богатой смеси склонность двигателя к детонации уменьшается, а на бедной увеличивается:

• опережение зажигания - уменьшение угла опережения зажигания уменьшает склонность двигателя к детонации, а увеличение угла опережения зажигания - повышает;

• температура цилиндра - чем выше температура цилиндра, тем больше вероятность возникновения детонации, перегретый двигатель предрасположен к детонации;

• частота вращения коленчатого вала двигателя - с увеличением частоты вращения вала склонность двигателя к детонации уменьшается;

• нагарообразование - большое количество нагара в камере сгорания и на днище поршня способствует возникновению детонации;

• атмосферные условия - понижение температуры и барометрического давления воздуха, а также увеличение влажности воздуха уменьшают склонность двигателя к детонации.

Самый распространённый способ повышения октанового числа бензинов - использование антидетонаторов.

Наиболее эффективными антидетонаторами, получившими в своё время широкое распространение, были тетраэтилсвинец [ТЭС - Рb(С₂Н₅)₄] и тетраметилсвинец [ТМС – Рb(СН₃)₄].

Другой способ повышения октанового числа состоит в добавлении к бензину высокооктановых компонентов - индивидуальных углеводородов или смесей углеводородов, которые улучшают антидетонационные свойства бензина. Обычно высокооктановые компоненты имеют октановое число от 90 и выше. В отличие от антидетонатора, массовое содержание которого в бензине не превышает 0,3 %, высокооктановые компоненты добавляют к бензину в количестве 10-40 %.

Известны различные высокооктановые компоненты: изооктан, изопептан, алкилат (смесь изопарафиновых углеводородов), алкилбензол (смесь ароматических углеводородов), толуол.

Третий способ повышения октановых чисел основан на одновременном добавлении к бензину антидетонатора и одного или нескольких высокооктановых компонентов.

Групповой химический состав бензинов определяет допустимую степень сжатия в камере сгорания двигателя, при которой сгорание горючей смеси протекает нормально. При несоответствии группового состава бензина и степени сжатия нарушается нормальное сгорание; оно становится детонационным с возникновением ударных волн. Работа двигателя с детонацией недопустима, так как связана с перегревом двигателя, падением мощности, ухудшением экономичности, металлическими стуками в цилиндре и появлением сажи в отработавших газах. При длительной работе двигателя с детонацией возможно прогорание поршней и клапанов, а также разрушение подшипников.

Наименее склонны к детонационному сгоранию ароматические и насыщенные (разветвлённые) углеводороды, наиболее склонны – н-парафины; нафтены и олефины по этому свойству занимают промежуточное положение. Соотношение между углеводородами указанных групп в бензинах меняется в широких пределах и их детонационная стойкость различна.

Детонационная стойкость бензинов определяется на специальном двигателе при стандартных условиях испытания. Высокой детонационной стойкостью среди углеводородов обладает изооктан (его стойкость принимается за 100 единиц), низкой – нормальный гептан (его стойкость принимается равной нулю). Детонационная стойкость бензина характеризуется октановым числом, то есть процентным (по объёму) содержанием изооктана в такой смеси с н-гептаном, которая по детонационной стойкости равноценна данному топливу. Так, например, если бензин при испытаниях детонирует так же, как смесь, содержащая 76 % и 24 % н-гептана, то октановое число такого бензина равно 76. Чем больше октановое число бензина, тем выше максимально допустимая степень сжатия в камере сгорания, при которой бензин будет сгорать без детонации.