4.8. Моторные свойства

Под моторными свойствами нефтяных топлив понимают физические величины, характеризующие особенности их горения внутри соответствующего типа двигателя внутреннего сгорания. В связи с тем, что моторные свойства неразрывно связаны с типом двигателей внутреннего сгорания, необходимо предварительно ознакомится с некоторыми принципиальными моментами их работы, определяющими характер их горения.

4.8.1. Детонационная стойкость

Под детонационной стойкостью понимают способность топлива сгорать в цилиндре двигателя с принудительным зажиганием без детонации (detono по латыни – "греметь"). Явление детонации – следствие аномального горения ТВС (топливно-воздушной смеси) в цилиндре.

Нормальным считается горение, когда от точки зажигания (свечи) фронт пламени в цилиндре распространяется по ради­усам сферы во все стороны со скоростью порядка 20 – 50 м/с.

Аномальное горение – это горение, когда одновременно с фронтом нормального горения, распространяющимся от свечи, и объеме ТВС, отдаленном от этого фронта, возникают множе­ственные очаги самовозгорания (микровзрывы), от которых ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью (до 200 м/с) во все стороны по несго­ревшей части ТВС и многократно отражается от стенок цилиндра. Ударное действие этих волн прояв­ляется в виде слышимого металличе­ского стука.

Наиболее детонационно стойкими (т.е. наименее склонными к образованию пероксидов) являются ароматические углеводороды, причем с увеличением длины боковых алкильных цепей у них снижается детонационная стойкость. Ниже приведена октановая характеристика некоторых углеводородов (табл. 4.8.1).

Мерой детонационной стойкости топлива является октановое число (ОЧ) по условно принятой шкале. В этой шкале за 100 единиц принята детонационная стойкость изооктана (2,2,4-триметилпентана) С₈Н₁₈, а за нуль принята детонационная стойкость н-гептана С₇Н₁₆.

Таблица 4.8.1.

Октановые числа углеводородов

Углеводороды		Октановое число
		По моторному методу	По исследовательскому методу
Этан	парафиновые	104	107,1
Пропан	парафиновые	100	105,7
н-Бутан	парафиновые	90,1	93,6
i-Бутан	парафиновые	99	>100
н-Пентан	парафиновые	61,9	61,9
i-Пентан	парафиновые	90,3	92,3
н-Октан	парафиновые	-17	-19
Пропилен	Олефины	84,9	101,4
Циклопентан	Нафтеновые	85	100
Циклогексан	Нафтеновые	78,6	83
Бензол	Ароматические	111,6	113,0
Толуол	Ароматические		115

Октановым числом испытуемого бензина называют количе­ство изооктана [в %(об.)] в его смеси с н-гептаном (эталонная смесь), при котором детонационная стойкость такой смеси эквивалентна детонационной стойкости испытуемого бензина в стандартных условиях испытания.

Изменить (например, повысить) октано­вое число бензина можно, регулируя в нем соотношение групп углеводородов (например, добавив в него ароматические или изоалкановые углеводороды С₆–С₈). Такой путь как экологиче­ски наиболее предпочтительный принят сейчас во многих стра­нах при получении высокооктановых бензинов. Кроме того, возможны добавки химических веществ, подавляющих образо­вание пероксидных соединений. Такие вещества называют "антидетонационными присадками".

Исследовательский метод определения октанового числа (ГОСТ 8226) состоит в том, что детонационную стойкость испытуе­мого бензина сравнивают с детонационной стойкостью эталон­ной смеси подбором соотношения в ней изооктана с гептаном. Сравнительное испытание проводят на стандартной одноцилин­дровой установке УИТ-65, позволяющей изменять степень сжа­тия, а начало детонации фиксировать электронным датчиком. Испытание проводят с частотой вращения вала двигателя 600 ± 6 об/мин с постоянным углом опережения зажигания 13 °, при температуре воздуха, поступающего в карбюратор, 52 ± 1 °С. Получаемое исследовательским методом октановое число (ОЧ_И) соответствует относительно мягким условиям работы двигателя (городская езда автомобилей с небольшими нагрузками).

Моторный метод определения октанового числа (ГОСТ 511) реализуют на той же установке УИТ-65 и так же определяют сравнением детонационных стойкостей бензина с эталонной смесью, состав которой подбирают в процессе испытания; по содержанию в ней изооктана находят искомое октановое число. Однако условия испытания в этом случае жестче: частота вра­щения вала 900 ± 9 об/мин, угол опережения зажигания перемен­ный (от 26 ° до 15 °), температура воздуха на входе в карбюратор 50 ± 5 °С, а температура ТВС на входе в цилиндр – 149 ± 1 °С.

Полученное этим методом значение октанового числа (ОЧ_М) соответствует работе двигателей с повышенной нагрузкой (загородная езда нагруженных автомобилей) и всегда ниже, чем ОЧ_И. Разность ОЧ_И – ОЧ_М называют чувствительностью бензина (к методу испытания), в зависимости от химического состава бензинов она составляет от 1 - 2 единиц до 8 - 12 единиц.