На что влияет октановое число в бензине. Октановое число топлива и его влияние на двигатель автомобиля. Методы увеличения значения октанового числа

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.

Октановое число бензина - важный показатель. От него зависят эксплуатационные свойства топлива, динамические и другие характеристики автомобиля. Под данным понятием подразумевается мера стойкости к детонации (возгоранию) этого типа топлива. Существуют определенные стандарты для различных видов бензина. Различные типы двигателей рассчитаны на использование бензина с определенным октановым числом.

Что же такое октановое число?

Октановое число, это мера химической стойкости бензина к автоматическому зажиганию. Чем больше октановое число бензина, тем он устойчивее к возгоранию. А возгорание влечет за собой выход двигателя из строя. На что влияет октановое число? Дело в том, что во время такта сжатия поршень начинает сжимать топливно-воздушную смесь. Когда смесь оказывается под высоким давлением, она может самопроизвольно возгораться. Это серьезная проблема в том случае, когда смесь загорается до того, как ласт искру свеча зажигания. Самопроизвольное воспламенение, которое профессиональным языком называется «детонация» может спровоцировать появление громкого шума.

Грохот напоминает звон монет, которые вы кидаете в копилку. Звук и стон возникает по той причине, что самовоспламенение приводит к образованию волн высокого давления, которые сталкиваются между собой. Детонация может повредить внутренние компоненты двигателя. Возгорание легко расплавит поршневые отверстия, и даже погнет шатуны. В итоге двигатель придется ремонтировать. Однако в наше время этого практически не происходит по той причине, что производители используют компьютерные блоки управления двигателем.

Благодаря детонационным датчикам, которые представляют собой электронные преобразователи небольшого размера, закрепленные на блоке двигателя, могут обнаруживать характерные для детонации частоты. Когда датчики фиксируют появление частот, модуль, управляющий коробкой передач, выполняет ряд действий, направленных на возвращение контроля воздушно-топливной смеси. Блок либо понижает уровень наддува в двигателях, либо оттягивает время появления искры в свечах, либо откорректировать состав топливной смеси, дабы обезопасить двигатель от поломки.

На что влияет октановое число?

При работе автомобиля топливо в его двигателе перемешивается с воздухом, после чего полученная смесь поступает в камеру сгорания, где и поджигается при помощи искры. Если эта смесь не имеет достаточной стойкости к самовоспламенению, происходит взрыв с неприятными последствиями для двигателя.

Чтобы таких проблем не возникало, при производстве транспорта автомобильные концерны производят двигатели с высокой степенью сжатия.

Именно здесь и имеет значение октановое число. Двигатели с более высокой степенью сжатия требуют бензина, имеющего более высокое октановое число.

Как правило, их устанавливают в спортивные или представительские машины, то есть чем лучше и дороже транспорт, чем выше сжатие в его двигателе, тем выше должно быть октановое число в заправляемом топливе.

Как влияет использование бензина с повышенным или пониженным октановым числом на работу двигателя

Для каждой марки и модели автомобиля заводом-изготовителем предусмотрен бензин с определенным октановым числом. Узнать его можно из руководства по эксплуатации авто. Но что же произойдет, если не придерживаться рекомендаций?

Применение топлива с меньшим октановым числом, как мы уже знаем, ведет к детонации. Кроме этого увеличивается расход, снижается мощность двигателя, а при длительной нагрузке на него возможно прогорание клапанов, перегрев двигателя, выход из строя деталей поршневой группы. При использовании бензина с большим октановым числом ничего страшного не произойдет, разве, что немного снизится динамика за счет более длительного времени сгорания горючей смеси.

Ниже представлена таблица, из которой можно узнать, какое топливо лучше подойдет для двигателей с разной степенью сжатия.

Как понизить октановое число бензина

С недавнего времени с заправок исчез бензин с октановым числом 76 и 80. Но при этом большое количество техники, которая ещё на данный момент эксплуатируется, требует для своей нормальной работы именно такое топливо. Особенно часто возникают такие сложности с мотоблоками, выпущенными около 10 лет назад или же более. Приобретать новый - достаточно дорогостоящее мероприятие. Именно поэтому вопрос по поводу снижения октанового числа бензина очень актуален.

При заливке 92-го бензина вместо 80 или даже 76 двигатель обычно работает неровно, либо заводится и сразу глохнет. Потому прежде, чем использовать 92-ой, следует понизить его октановое число до приемлемого в конкретном случае. Существует несколько «народных» способов осуществить данную процедуру в домашних условиях: оставить канистру с бензином на открытом воздухе с незакрученной пробкой - каждый день величина октанового числа снижается на 0.5; использовать как добавку керосин - данный метод ранее использовался на старых автомобилях (достаточно сложно будет выбрать подходящие пропорции). При этом прежде, чем использовать такой метод, необходимо будет обязательно измерить величину октанового числа.

Степень сжатия и октановое число

Благодаря высокой степени сжатия двигатель вырабатывает больше мощности при меньшем сжигании топлива. Степень сжатия – показатель того, насколько плотно сжата топливно-воздушная в цилиндре. В современных двигателях степень сжатия 10 к 1, но если речь идет о двигателях с прямым впрыском топлива, то она может быть выше. Если двигатель с наддувом, то степень сжатия наоборот, меньше. Производители автомобилей должны знать тонкие нюансы, которые не приведут к возгоранию. Именно октановое число играет здесь большую роль. Высокая степень сжатия обычно у двигателей, которые используются в спорткарах. Они почти всегда нуждаются в топливе, у которого высокое октановое число, и которое реже воспламеняется. Бензин с высоким октановым числом, не влияет на расход горючего. Необходимо понимать, что высокое внутрицилиндровое давление требует горючего с более высоким октановым числом, для того, чтобы предостеречь двигатель от повреждений, вызванных самовоспламенением. Однако ошибиться может каждый, и залить в бак не тот сорт бензина.

Что будет, если в бензобак «подать» не тот бензин?

Если автомобиль требует горючего премиум класса, а вы залили бензин с октановым числом 87, при этом начинаете слышать внутри нехарактерные звуки, то вам необходимо очень деликатно обращаться с автомобилем до тех пор, пока вы не доедете до заправочной станции. Причем не всегда вы будете слышать какой-либо шум в двигателе. Неправильный «бензин» станет причиной снижения производительности. Расход топлива увеличится в разы. Тепло начнет попадать в выхлопной катализатор, в результате чего его прочность будет снижена. Не заливайте в бак бензин с меньшим октановым числом, чем вам порекомендовал производитель.

САМЫЕ РАСПРОСТРАНЁННЫЕ ПРИСАДКИ, ПОВЫШАЮЩИЕ ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО

В последнее время химики постоянно работают над созданием различного рода присадок, способных максимизировать октановое число бензина. Повышение достигается посредством добавления в основной состав бензина различных ароматических и парафиновых углеводородов, все такие вещества являются алканами с разветвлённым строением. После добавления таких компонентов, естественно, октановое число возрастает на несколько ступеней, однако приобретённый запах в несколько раз неприятнее низкооктанового бензина. Ещё один минус бензина, оснащённого присадками, - это его летучесть. Когда топливо длительно хранится в открытой канистре или ёмкость воздействует с окружающей средой, октановое число бензина понижается, ввиду чего такого рода бензин лучше использовать пока он «свежий».

Во времена СССР, чтобы значительно повысить октановое число, в топливо добавляли тетраэтилсвинец, такое вещество являлось ядовитой смесью, одной из составляющих которой был свинец. Несмотря на прекрасную эффективность, которую тетраэтилсвинец показал на практике, его ядовитые свойства вкупе с быстрым уничтожением каталитических нейтрализаторов и лямбда-зондов, повсеместно встречаемых практически во всех современных машинах, с течением времени заставили учёных отказаться от его активного использования. Эту присадку впоследствии заменили средства, основанные на марганце, правда, сейчас они тоже находятся под запретом ввиду различных экологических соображений.

Довольно распространено среди «продвинутых» автолюбителей такое вещество, как ферроцен. Такого рода современная присадка содержит большое количество железа, из-за которого после длительного использования на свечах появляется трудно выводимый налёт, обладающий отличной токопроводностью, заметить его можно по яркому оттенку красноватого цвета. Этот налёт негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках автомобиля, одновременно уменьшая работоспособность и срок службы свечей.

Можно встретить бензины, в которых повышение октанового числа достигается добавлением других присадок. Используемые примеси способны выполнять широкий спектр различных задач, наряду с уменьшением разного рода вредных примесей из топлива (серы и воды) они способны очистить детали силового агрегата и всей топливной системы. Наиболее безвредной на сегодняшний день для составляющих мотора является антидетонационная примесь, которая называется метилтретбутиловый эфир. С недавнего времени именно эта присадка широко распространена не только в России, но и на Украине, и в Европе. Посредством качественной примеси автовладелец может получить качественное топливо, такой бензин будет обладать октановым числом со 110 единицами. Стоит отметить, что это разновидность авиационного топлива. В бензин добавляется газовый конденсат, его октановое число всегда превышает отметку в 100 единиц.

92 или 95? Какой бензин лучше лить? Пару слов об октановом числе и степени сжатия. Просто о сложном

Большинство автовладельцев смутно представляют, что такое октановое число. Как правило, их знания ограничиваются пониманием того, что чем выше этот показатель, тем . Увы, но такая трактовка далека от истины. А поскольку начинающих водителей обучают очень многим вещам, но ОЧ в учебный курс не включается, толика информации на эту тему никому не помешает.

Назначение октанового числа бензина и способы его изменения.

Под этим непонятным термином понимают степень устойчивости топлива в жидком виде к детонации. Другими словами, каков порог воспламенения бензина под воздействием давления, то есть при сжатии. В качестве эталона берётся смесь двух углеводородов: изооктана и н-гептана. Однако методы определения ОЧ могут различаться, поэтому существует классификация этого показателя в зависимости от способа определения:

• ОЧИ – исследовательское ОЧ;
• ОЧМ – моторное ОЧ.

Поскольку инструментальные механизмы этих методов не совпадают, существует разница между значениями ОЧИ и ОЧМ, которая называется чувствительностью жидкого горючего. Оба метода являются лабораторными. А если речь идёт о реальном показателе, получаемом на рабочем силовом агрегате, говорят о фактическом октановом числе. Оно определяется с помощью специального стенда на работающем двигателе. Но самым приближённым к действительности показателем считается дорожное ОЧ, которое измеряется на движущемся транспортном средстве.

Изооктан – вещество, которое относится к практически невоспламенимым под действием силы сжатия, поэтому смесь, состоящая только из него, обладает максимально возможным ОЧ, равным 100. Наоборот, смесь, состоящая только из н-гептана, обладает нулевым октановым числом. При этом сгорание н-гептана в результате воздействия даже минимального давления сопровождается характерными стуками в ЦПГ, которые называются детонационными. Именно они и возникают, если использовать горючее с неподходящим для данного силового агрегата октановым числом. Металлический звон формируется в результате распространения звуковых волн, появляющихся в результате слишком быстрого сгорания ТВС. Многократно отражаясь от поверхности поршней/цилиндров, они становятся хорошо слышимыми и распознаваемыми опытными водителями. Таким образом, октановое число показывает, насколько быстро происходит в цилиндрах двигателя.

Влияние ОЧ на характеристики силового агрегата

Зависимость между скоростью сгорания бензина и ОС имеет линейный вид. Чем ниже октановое число, тем меньше времени требуется для воспламенения ТВС, что напрямую влияет на расход горючего – если оно сгорает быстрее, чем положено, то и поступает в камеру сгорания оно с увеличенной на соответствующее значение скоростью. Но это не значит, что, просто увеличивая ОЧ, мы можем экономить: если сгорание происходит медленнее, чем следует, это тоже плохо, поскольку КПД мотора уменьшается, что приводит к потере приёмистости двигателя и ухудшению динамических характеристик. Заливая в двигатель, работающий на 95-м бензине, горючее с ОЧ, равным 92, вы получите . Если ситуация будет противоположной (вместо рабочего 92-го заливаем 95-й), расход останется прежним, а мощность мотора снизится. Так что использовать неподходящий бензин можно, но нежелательно. Делать это рекомендуется только при форс-мажорных обстоятельствах, но никак не на регулярной основе.

Как определить октановое число бензина

ОЧМ, согласно ГОСТу 511/82, измеряют с применением специальной установки УИТ65М, состоящей из следующих компонентов:

• прибора, измеряющего детонацию;
• одноцилиндрового мотора, характеризующегося динамической степенью сжатия и степени детонации;
• приборов, предназначенных для регулирования вероятности возникновения детонационных процессов.

Сам алгоритм измерений заключается в следующем:

• в двигатель заливают испытываемое топливо и, манипулируя степенью сжатия, добиваются появления детонационных явлений конкретной величины;
• составляют эталонную смесь, характеризующуюся такой же величиной детонации, и по соотношению н-гептана к изооктану определяют ОЧ исходного топлива.

ГОСТом 8226/82 описывается процедура измерения ОЧ исследовательским методом. В этом случае режим работы мотора характеризуется меньшими нагрузками, в результате чего ОЧИ всегда получается по номиналу несколько большим ОЧМ. Если возникает необходимость самостоятельного измерения октанового числа, это можно сделать с помощью приборов, имеющихся в свободной продаже. В качестве примера можно привести октанометр, в котором используется метод измерений, основанный на диэлетрической проницаемости жидкого топлива (эта величина изменяется пропорционально октановому числу).

Особенность метода заключается в составлении калибровочной шкалы, позволяющей определить ОЧ с приемлемой точностью. Для построения такой шкалы потребуется некоторое количество н-гептана и бензина с точно установленным октановым числом. Аналогичная процедура может быть использована и для определения цетанового числа для дизтоплива. Возможность применения данного метода основана на том факте, что в настоящее время бензин изготовляется без использования метода прямой перегонки, а посредством технологии кампаудинга, или смешивания компонентов. Однако определение октанового числа бензина этим методом имеет и недостатки:

• для выполнения исследований необходимо иметь уже идентифицированное топливо;
• влияние внешних факторов может сильно исказить результаты измерений;
• метод неприемлем для измерений бензинов разных видов и произведенных разными способами;
• каждый прибор должен калиброваться с использованием эталонных устройств;
• измерения должны проводиться при тщательном соблюдении температурного режима, приведённого в спецификации устройства.

Все приборы, измеряющие ОЧ, используют аналогичный принцип измерений, и потому их достоинства и недостатки в целом идентичны. Отметим, что октановое число может быть больше 100 за счет включения в бензин определённых добавок, однако ни один из таких приборов не в состоянии работать с такими жидкостями.

Одним из самых доступных октанометров является отечественная разработка ОКТИС, которую можно приобрести ориентировочно за 3500 рублей. Более точен и надёжен немецкий прибор Digatron, однако и стоит он в несколько раз выше, порядка 600 евро. Тем не менее, именно он считается самым востребованным на российском рынке. Для его работы необходимо эталонное топливо, которое сравнивается с исследуемым, и на основании этого делаются выводы об октановом числе последнего. Недостаток данного октанометра, как и других аналогов, заключается в том, что для каждого измеряемого бензина от разных производителей потребуется соответствующий эталонный образец, поскольку в этом случае калибровочная зависимость между ОЧ и диэлектрической проницаемостью будет различаться. Кроме того, каждое измерение должно сопровождаться выполнением калибровочных процедур, что также влияет на точность измерений и надёжность полученных результатов.

Достаточно дорогим, но эффективным прибором российского производства является октанометр ОКТАН-ИМ (45-50 тысяч рублей). Среди его особенностей – наличие встроенной памяти, позволяющей хранить до 10 калибровок. Точность устройства не вызывает нареканий.

Прибор ПЭ-7300 М входит в эту же ценовую категорию, а его «фишкой» является фирменное программное обеспечение, позволяющее сопрягаться с компьютером/ноутбуком. Октанометр умеет учитывать температурный фактор, что увеличивает точность измерений (диэлектрическая проницаемость имеет слабо выраженную зависимость от температуры окружающей среды).

Примерно аналогичный функционал заложен в прибор SHATOX SX-100M стоимостью около 1800 долларов. Он оснащён температурным датчиком и потому измеряет данный показатель более точно, чем ПЭ-7300, который делает это чисто программным способом. Независимо от того, измеряете ли вы октановое число 92 или 95 бензина, при наличии эталонного образца топлива результаты должны совпадать с требуемой точностью, но в пределах одной партии бензина. Другие поставки, даже от того же производителя, могут потребовать дополнительной калибровки прибора.

Степень сжатия и ОЧ

Все возможные разновидности бензинов характеризуются вполне конкретным показателем степени сжатия, который регламентируется ГОСТом. Ознакомиться с соответствием октанового числа степени сжатия можно из следующей таблицы:

В настоящее время в сети отечественных АЗС бензин марок 76/80 уже не встретишь. Однако техника, рассчитанная именно на эти сорта бензина, всё еще имеется и, как мы отмечали выше, работать на бензине с более высоким октановым числом она не может. Так что потребность в низкооктановых бензинах сохраняется на достаточно стабильном, хоть и относительно невысоком уровне. Выход из сложившейся ситуации имеется – искусственное уменьшение октанового числа бензина до требуемых показателей. В домашних условиях сделать это тоже можно, но достаточно приблизительно. Если у вас, к примеру, имеется мотоблок, выпущенный более 10 лет назад, вам потребуется понизить октановое число с 95 на 80.

Самый простой способ – просто открыть . При взаимодействии с воздухом ежедневно ОЧ будет снижаться примерно на 0.5 единиц, так что процедура займёт около месяца. Очевидные минусы способа – длительность. Вторым, более употребительным методом, можно назвать разбавление бензина керосином. И хотя именно он считается самым распространённым в отношении автомобилей, работающих на низкооктановых бензинах, его основной недостаток заключается в сложности подбора требуемой пропорции, то есть точность метода весьма низка. Впрочем, то же можно сказать и о первом методе, так что в любом случае потребуется измерение ОЧ с использованием октанометра.

Как повысить октановое число бензина

Встречаются и противоположные ситуации, когда на заправке в наличии имеется только 92-й бензин, а требуется 95/98. В этом случае можно попытаться самостоятельно поднять октановое число бензина, для чего в горючее добавляют специальное вещество, обобщённо именуемое антидетонатором. Рассмотрим все основные добавки, используемые в качестве антидетонатора. Обычный этиловый (метиловый) спирт вполне может поднять ОЧ на необходимую величину. Добавив на 10 литров 92 бензина литр спирта, можно получить топливо с ОЧ, равным 95. Такая смесь, кстати, будет характеризоваться менее токсичным составом выхлопа, однако данный способ имеет и минусы. Одним из них считается увеличение давления паров ТВС, что приводит к увеличению вероятности образования пробок в топливной магистрали системы питания автомобиля. Второй недостаток спиртовой смеси – увеличение гигроскопичности, что исключает возможность хранения топлива сколь-нибудь долго в открытом виде из-за возможности накопления в бензине критической массы воды.

Тетраэтилсвинец обладает физическими характеристиками, делающими его одним из наиболее эффективных антидетонаторов. Это и высокая вязкость, и очень большая температура закипания (порядка двух тысяч градусов). Впервые был использован в качестве присадки, повышающей ОЧ, почти столетие назад – в 1921 году. Позволяет увеличить ОЧ на 15-17 единиц. Именно это вещество чаще всего используется для увеличения октанового числа бензина своими руками. К сожалению, и у тетраэтилсвинца есть недостатки, ограничивающие его применение. Это – образование окисла свинца при сгорании разбавленного горючего. Это вещество образует осадок, оседающий на внутренних поверхностях поршней, клапанов и других узлов ЦПГ.

Чтобы минимизировать образование такого нагара, в тетраэтилсвинец добавляют специальные вещества (дирометан, бромэтил, дибромпропан), которые связывают продукты сгорания свинца, способствуя их выводу наружу через выпускной тракт.

Лучшие цены и условия на покупку новых авто

Кандидат технических наук Лев Мачулин (г. Ухта)

Ни об одном показателе качества автомобильного бензина не ходит столько нелепых слухов и легенд, как об октановом числе. Слышали об этом числе и видели цифры на заправках 80-92-95-98 практически все, но что они означают, доподлинно известно немногим.

Томас Миджлей (1889-1944) - американский химик и механик, прославившийся открытием фреона и тетраэтилсвинца. Изобретатель первого электромеханического датчика детонации. Фото: Engineers Club of Dayton Foundation, Ohio, USA.

Первый испытательный двигатель компании Waukesha Motors (1929 г.). Фото: An Interna-tional Historic Mechanical Engineering Land-mark. The Waukesha CFR Fuel Research Engine / Waukesha Engine Division Dresser Industries Inc. - Bulletin No. 1163. - June 1980.

Октановые числа некоторых индивидуальных углеводородов по моторному методу (моторные октановые числа - ОЧМ).

Установка УИТ-85 - «рабочая лошадка» нефтезаводских лабораторий. Фото Льва Мачулина.

Многополосный ИК-спектрометр может определять октановое число только в руках профессионала. Фото Льва Мачулина.

Различия в условиях определения октанового числа по моторному и исследовательскому методам.

Несмотря на активную пропаганду альтернативных источников энергии, человечество продолжает потреблять автомобильный бензин с завидным аппетитом - в объёмах порядка миллиарда тонн в год. При этом горючее, заливаемое в бак автомобиля, должно соответствовать определённым требованиям качества. В противном случае двигатель не сможет продемонстрировать все свои возможности, а то и вовсе будет выведен из строя. Но что подразумевается под словами «качество бензина»? Раскрыв любой официальный документ, содержащий технические требования к качеству бензина, мы обнаружим таблицу с целым комплексом нормативов по более чем десятку параметров - испаряемости, плотности, окисляемости, содержанию различных компонентов, примесей и т. д. Причём требования эти большей частью совершенно идентичны для разных марок бензина. Иными словами, бензин, независимо от марки, должен быть чистым, прозрачным, обеспечивать лёгкость запуска мотора, не создавать в линиях подачи паровых пробок, не содержать откровенной отравы и давать в меру токсичный выхлоп. И лишь взгляд на верхнюю строку таблицы расставляет всё по местам.

Итак, основной показатель качества бензина, определяющий его марку (а попутно и ценовую категорию), - детонационная стойкость: способность воспламеняться и сгорать в цилиндрах двигателя без нежелательных взрывных процессов. Конечно, детонационное сгорание бензовоздушной смеси не способно разрушить двигатель наподобие тротиловой шашки. Но следует знать, что вместо положенных 20-40 м/с фронт пламени при детонации распространяется со скоростью 2000-2500 м/с, что сравнимо с классической взрывчаткой! Переход к столь ненормальному режиму сгорания обусловливается интенсификацией процессов предпламенного окисления паров бензина с образованием нестабильных органических перекисей, накопление которых выше определённого предела при некоторых условиях заканчивается самовоспламенением и взрывом. Вот тогда-то и начинаются самые действующие на нервы «звенящие» постукивания, последствия которых достаточно печальны - возникающие в двигателе гиперзвуковые ударные волны способны сдирать масляную плёнку со стенок гильзы, увеличивая износ цилиндра и поршневых колец. Повышается дымность выхлопа, возникает перегрев мотора и снижается его мощность, происходят местные разрушения камеры сгорания и поверхности поршня. Потому только детонационная стойкость - важнейшая характеристика бензина - при равенстве прочих параметров даёт ответ, можно ли заливать его в бак конкретной машины.

Спровоцировать детонацию может многое: неоправданное увеличение частоты оборотов двигателя, неправильный состав смеси, неверно отрегулированный угол опережения зажигания и т. д. Но всё это не относится к качеству бензина, да и мотор современного автомобиля спроектирован так, чтобы не создавать проблем на ровном месте. Основная же причина детонации - несоответствие детонационной стойкости бензина степени сжатия двигателя, то есть соотношению свободных объёмов его цилиндров в нижней и верхней мёртвых точках. Чем выше степень сжатия, тем эффективнее работает двигатель, тем бoльшую мощность можно получить с единицы объёма цилиндра. Поэтому степень сжатия у современных двигателей достаточно высокая. Но чем она выше, тем сильнее детонирует бензин!

Долгое время детонация была главным фактором, сдерживающим развитие бензиновых двигателей. И именно появление бензинов, устойчивых к детонации, способствовало стремительному рывку в области авиа- и автомобилестроения, фактически преобразившему мир. Располагая в середине 20-х годов ХХ века лишь тихоходными фанерными аэропланами и грузовиками-«полуторками», во Вторую мировую войну человечество вступило уже со скоростными цельнометаллическими самолётами, самоходной бронированной техникой и полностью обновлённым автопарком. И достигнут этот беспрецедентный рывок во многом благодаря успехам в борьбе с детонацией бензина, мерой устойчивости к которой является октановое число, с которым связано столько мифов.

Миф первый: октановое число характеризует содержание октана - наиболее ценного компонента бензина.

Самое нелепое заблуждение. Да, октан (нормальный насыщенный углеводород с брутто-формулой С8Н18) в небольших количествах и впрямь может присутствовать в бензине. Но боже упаси добавлять его туда специально! Вопреки распространённому мнению октановое число чистого октана умопомрачительно низко - оно даже ниже, чем у эталонного «антибустера» гептана, чье октановое число принято за ноль! То есть чем меньше октана в бензине, тем лучше. Но почему тогда число - октановое?

Напомним, что данный показатель отвечает не за состав, а за детонационную стойкость топлива. И называть его, по большому счёту, следовало бы не октановым, а изооктановым - ведь именно изооктан (по химической номенклатуре - 2,2,4-триметилпентан) принят в качестве эталона шкалы детонационной стойкости с номиналом в 100 пунктов. То есть если бензин детонирует так же, как смесь из 92 частей изооктана и 8 частей гептана, то говорят, что его октановое число равно 92. При этом самого изооктана в бензине может не быть. А уж октану там и вовсе делать нечего.

Миф второй: высокооктановый бензин горит быстрее и жарче, за счёт чего двигатель развивает бoльшую мощность.

Это не так. Напротив, высокооктановые бензины воспламеняются медленнее, чем низкооктановые, причём настолько, что в старых двигателях с небольшой степенью сжатия их применение вызывает прогар выпускных клапанов с проскоком пламени в глушитель. Так что не рассчитывайте поднять мощность мотора, заливая в бак бензин с избыточным октановым числом. Ничего хорошего из этого не выйдет. Кстати, именно по причине замедленного воспламенения высокооктановые бензины нормально сгорают в мощных двигателях с высокой степенью сжатия, в чём, собственно, и заключается их главная прелесть. Теплотворная же способность литра бензина больше зависит от его плотности.

Миф третий: октановое число не может быть больше 100.

Ещё как может! Чтобы правильно воспринять это странное заявление, поговорим немного о химии углеводородов - класса органических соединений, чьи молекулы состоят исключительно из атомов углерода и водорода. А бензин состоит именно из них.

Благодаря наличию у атомов углерода четырёхвалентных связей и их способности выстраивать цепочки соединения с участием этого элемента отличаются потрясающим разнообразием. То же касается и углеводородов - в них цепь атомов углерода может вытягиваться в линию, ветвиться, замыкаться в различного рода циклы. Добавим сюда возможность образовывать кратные связи, и станет понятно, что число возможных комбинаций атомов углерода и водорода практически неисчерпаемо. К счастью, состав бензина не настолько сложен - количество атомов углерода в содержащихся в нём углеводородах обычно не превышает десяти. Впрочем, и это даёт нам в итоге сотни и даже тысячи компонентов.

Так вот, выяснилось, что наиболее склонны к детонации углеводороды линейного строения (у химиков они именуются «нормальными»), которых традиционно много как в природном сырье, так и в прямогонных бензинах. Чем длиннее цепочка, тем ниже октановое число. Углеводороды, имеющие разветвлённое строение (они именуются изомерными), сопротивляются детонации гораздо лучше - неспроста эталоном детонационной стойкости признан упомянутый нами изооктан (по сути дела, пентан с тремя боковыми «отростками»). А что может быть лучше эталона?

Лучше оказались углеводороды с приятным названием «ароматические» (хотя пахнут они отнюдь не духами), имеющие в составе молекулы особый шестичленный цикл - бензольное кольцо. К ним относятся собственно бензол, а также его производные - метилбензол (толуол), этилбензол, диметилбензолы (ксилолы) и триметилбензолы (мезитилен, псевдокумол). Их октановые числа превышают 100. А ещё существуют особые присадки, также способные поднять октановое число бензина выше заветной сотни.

Чтобы идти в ногу со временем, нефтепереработчики создали сначала крекинг-процесс (увеличивающий выход бензина и его октановое число за счёт расщепления тяжёлых и линейных углеводородов), потом процесс риформинга (для наращивания октанового числа за счёт образования ароматических углеводородов). Да и производители присадок сложа руки не сидели. Казалось бы, для конструкторов настали золотые дни - повышай себе степень сжатия моторов и в ус не дуй. Но через некоторое время наступило отрезвление. Присадки отравили всё вокруг свинцом, а наращивать содержание ароматических углеводородов оказалось возможным только до определённого предела: начались проблемы как с их токсичностью, так и с банальным перегревом двигателей (в «ароматике» маловато водорода, и режим их горения довольно специфический). В результате степень сжатия моторов в 1980-х годах вынуждена была отыграть немного назад, а верхняя планка октанового числа на заправках так и не пробила потолок в 100 пунктов.

Миф четвёртый: октановое число можно измерить с помощью портативного прибора.

Мы не раз видели по телевизору, а некоторые и воочию, как приезжает на заправку фургончик передвижной лаборатории, из него выходит строгая тётенька в белом халате, раскрывает пластиковый чемоданчик, наливает бензин в какой-то прибор, пара нажатий кнопок, и - вуаля, получите предписание: «Ваш бензин не соответствует ГОСТу по октановому числу!» В этот момент вполне можно обвинить строгую тётеньку в профессиональной некомпетентности и… нарушении всё того же ГОСТа, вернее, технического регламента Евразийского союза, где чёрным по белому сказано, какими методами можно определять октановое число.

Октановое число относится к наиболее трудноопределяемым параметрам бензина. Стандартные арбитражные методы его количественной оценки предусматривают весьма затратные моторные испытания на стационарных стендовых установках, производящихся всего в четырёх странах мира (США, Россия, Германия, Китай) и недоступных массовому потребителю.

А началось всё в далеком 1882 году, когда внимание разработчиков первых бензиновых моторов привлёк тот факт, что на одном и том же двигателе, в одинаковых условиях бензины разного происхождения детонировали по-разному. Это наглядно показывало, что детонация зависит не только от двигателя, но и от свойств горючего. Так появилась новая характеристика топлива, получившая название детонационной стойкости (англ. knock resistance) и о которой мы уже рассказывали выше.

Впервые попытка её количественной оценки была предпринята в начале 1920-х годов английским инженером Гарри Рикардо из Royal Aircraft Establishment, известным конструктором автомобильных, танковых и авиационных двигателей. Им были созданы одноцилиндровые испытательные моторы с переменной степенью сжатия, для которых была разработана методика оценки детонационной стойкости по так называемой критической или наивысшей полезной степени сжатия, при которой начинается слышимая детонация. Метод этот в достаточной степени субъективен, однако принцип инициирования детонации с помощью увеличения степени сжатия оказался удачнее прочих (дросселирование, наддув, число оборотов, угол опережения зажигания, температурный режим и т. д.) и потому был использован в более поздних разработках.

В 1927 году с целью окончательного выбора пути количественной оценки склонности бензина к детонации в США был образован Кооперативный комитет по исследованию топлива (CFR), включивший представителей Американского института нефти, Ассоциации американских производителей, Национального бюро стандартов и Общества автомобильных инженеров. В том же году Джон Кэмпбелл из General Motors построил одноцилиндровый двигатель с переменной степенью сжатия, а Грэхем Эдгар из Ethyl Gasoline Corporation исследовал с его помощью образцы чистых углеводородов, включая нормальный гептан, выделенный им с помощью дистилляции смолы сосны Джеффри . В конечном итоге Эдгар пришел к выводу, что оптимальная пара в качестве эталонов - это упомянутые выше 2,2,4-триметилпентан и гептан - их детонационная стойкость радикально различалась, а температура кипения и летучесть были близки, что обеспечивало длительную сохранность готовых смесей.

Когда известный исследователь Томас А. Бойд из компании General Motors внёс в CFR предложение утвердить двигатель с переменной степенью сжатия в качестве основного средства для детонационных испытаний бензина, некоторые члены комитета высказали опасения, что такой двигатель будет слишком сложен для массового использования. Однако моторостроительная фирма Waukesha Engine Company из штата Висконсин (США) добровольно вызвалась построить прототип. Заказ комитета был выполнен за 45 дней. 14 января 1929 года на ежегодном собрании Общества автомобильных инженеров в Детройте первая установка Waukesha была с успехом продемонстрирована публике. Это убедило скептиков, и уже к ноябрю 1931 года была продана первая сотня испытательных двигателей, причём в числе заказчиков оказались такие лидеры мировой промышленности, как Standard Oil Co., Shell Petroleum, FIAT и др. Значительный вклад в совершенствование процедуры детонационных испытаний внёс и первооткрыватель антидетонационного эффекта тетраэтилсвинца Томас Миджлей. Он разработал электромеханический датчик детонации, реагирующий не на звук, а на скачки давления в камере сгорания, получивший в честь своего изобретателя название «игла Миджлея».

В 1940 году пятнадцать американских двигателей Вокеша было закуплено для нужд снабжения Красной Армии. А уже в 1949 году выпущен первый советский образец, дизайн которого полностью копировал заокеанский прототип.

Конечно, с тех пор кое-что изменилось - в блоках регулирования испытательных стендов появилась современная электронная начинка, иглу Миджлея сменили магнитострикционные датчики. Но, как и 90 лет назад, установки для определения октанового числа состоят из тех же составных частей: одноцилиндрового четырёхтактного двигателя с переменной степенью сжатия, тормозящего асинхронного электромотора, системы подготовки воздуха, трёх топливных бачков с карбюраторами без дроссельных заслонок, аппаратуры для измерения детонации и пульта управления. Не изменились и применяемые эталонные топлива - ими остаются изооктан и гептан. Эта не меняющаяся без малого век схема - уникальный пример стойкой приверженности традиции на фоне стремительного развития прочих отраслей техники.

И вот в этом царстве консерватизма, трудоёмкости и высоких цен появляется волшебный чемоданчик, измеряющий октановое число за десять секунд безо всякой громоздкой машинерии! Но что на самом деле он измеряет и стоит ли ему доверять?

Со стендовыми установками всё ясно - они обеспечивают стандартные условия испытания (степень сжатия, частоту оборотов, угол опережения зажигания, уровень топлива в карбюраторе, температуру смеси и проч.), измерение уровня детонации в камере сгорания и его сравнение с детонацией эталонов. Потому они и стоят дорого, и в обслуживании затратны, и требуют времени на одно испытание не менее 40 минут. А вот что измеряет чемоданчик, в котором нет ни мотора, ни датчика детонации? В подавляющем большинстве случаев «октанометр» представляет собой недорогой высокочастотный конденсатор наливного типа, измеряющий отнюдь не октановое число (измерить которое вообще невозможно, так как это условная величина), а импедансную электропроводность бензина, то есть, по сути, его диэлектрическую проницаемость. Какая связь между детонационной стойкостью и диэлектрической проницаемостью? Разумеется, о полноценной функциональной зависимости речь здесь не идёт. А вот некая корреляция с суммарным содержанием высокооктановых ароматических углеводородов наличествует, поскольку их диэлектрическая проницаемость резко выделяется на фоне прочих углеводородов бензина. Она-то, эта корреляция, и вводит в заблуждение - не берусь судить, добросовестное или злонамеренное - разработчиков подобного рода приборов. Как бы то ни было, но измеряют они одно, определяют другое, а результат выдают за третье. Автору в бытность свою начальником заводской лаборатории однажды пришлось разбираться с претензией потребителя, чей «октанометр» занизил результат аж на 20 пунктов, а всё потому, что бензин был более высокого экологического класса, с пониженным содержанием токсичных производных бензола и большей долей сравнительно безвредных, но также высокооктановых изомерных алканов.

Изредка попадаются экспресс-анализаторы более высокого уровня, определяющие октановое число по интегральному химическому составу, устанавливаемому, в свою очередь, по многополосному инфракрасному спектру пропускания бензина в интервале длин волн от 845 до 1045 нм. Данная техника воспроизводит результаты моторных испытаний гораздо лучше импедансных приборов, но и она оказывается бессильна, если заранее не откалибрована под конкретный технологический процесс, по которому бензин был выпущен. В этой-то детали и прячется дьявол. С учётом того, что продвинутая градуировочная модель инфракрасного анализатора имеет десятки степеней свободы, калибровать его можно годами, и для этого требуются всё те же моторные стенды и эталонные топлива. Плюс не следует забывать про неуглеводородные антидетонационные присадки (о них будет сказано ниже), гарантированно сбивающие с толку любой портативный анализатор. В результате спектральные инфракрасные приборы, хоть и получили путёвку в жизнь, но могут быть рекомендованы только для производственных лабораторий по контролю выпуска бензина и уж никак не для инспекций товарной продукции на АЗС. Да и стоит эта импортная техника десятки тысяч долларов. Дешевле, конечно, чем стендовые моторные установки, но тоже не всем по карману. Существуют и другие, с более приемлемым соотношением «цена - качество», методы экспресс-контроля октанового числа, но и им место также исключительно в заводских лабораториях.

Общий вывод по данному вопросу такой. Портативные приборы октановое число не измеряют хотя бы потому, что, в отличие от температуры, давления и прочих физических параметров, октановое число - объект не измерения, а определения, причём с весьма сложной процедурой. Дальнейшее зависит лишь от наличия функциональной связи между октановым числом и фактически измеряемыми параметрами, которая либо отсутствует (импедансные приборы), либо чересчур заковыриста (спектральные). Неспроста ни те, ни другие приборы никогда не признавались в качестве стандартных. Словом, если хотите действовать по закону, добро пожаловать в аккредитованную лабораторию с моторными стендами Waukesha CFR или УИТ-85 и приготовьте минимум 5000 руб. за одно испытание. А все чемоданчики - от лукавого.

Миф пятый: моторное октановое число определяют на двигателе, а исследовательское - безмоторным методом лабораторного анализа.

Да, водители со стажем, помнящие старую номенклатуру марок бензина (А-76, Аи-92), в курсе даже таких тонкостей, как разница между моторным и исследовательским октановыми числами. Но выводы делают неправильные.

Итак, сходу разрушим очередной миф - и моторное, и исследовательское октановые числа определяют на одних и тех же моторных испытательных стендах. Разница лишь в условиях проведения испытаний.

Как видно из таблицы, условия проведения испытаний по моторному методу более жёсткие; этот метод изначально имитировал езду по шоссе. Исследовательский метод в большей степени отражает особенности городской езды - на более низких оборотах, с частыми остановками. Как правило, исследовательское октановое число бензина выше моторного, причём эта разница тем больше, чем больше в нём ароматических углеводородов. По российской номенклатуре ныне указывают лишь исследовательское - оно больше и потому выглядит солиднее, но помните: моторное октановое число 95-го бензина может составлять всего лишь 85. В США на АЗС принято писать так называемое заправочное октановое число - среднеарифметическое моторного и исследовательского. Так что американский 88-й бензин по факту соответствует российскому 92-му, а 91-й - нашему 95-му. Что же касается нелогичных названий, то, как и в случае с самим октановым числом, все претензии к разработавшим их американцам.

Миф шестой: октановое число можно повысить только с помощью специальных присадок.

Этот миф родился в первой половине прошлого века, когда бензин получали преимущественно простой перегонкой (строго говоря, ректификацией, но для неспециалиста особой разницы между двумя этими процессами нет) с последующим добавлением «этиловой жидкости» на основе весьма эффективного (но, к сожалению, крайне ядовитого) металлоорганического антидетонатора - тетраэтилсвинца (ТЭС). Максимальное октановое число, которого удавалось достичь прямой перегонкой, составляло порядка 70-72, наиболее ходовой маркой неэтилированного бензина у нас был А-66, а все бензины с более высоким октановым числом (в особенности авиационные) были этилированные. Позже, с появлением и массовым распространением таких процессов облагораживания, как крекинг и риформинг, появилась возможность получать неэтилированные бензины с октановым числом вплоть до 87. Добавка ТЭС творила с ними поистине чудеса - читатель будет удивлён, но первый бензин с октановым числом 100 был получен в США ещё в 1937 году! Это позволило наладить производство мощных малогабаритных двигателей для самолётов с укороченным взлётом-пробегом и развернуть массовое строительство первых ударных авианосцев.

Годы шли, технологии совершенствовались, и в 1970-1980-х годах пришло осознание того, что санитарный и экологический ущерб, наносимый этилированным бензином, более не компенсируется его эффективностью. В настоящее время ТЭС запрещён практически во всех странах мира (в России разрешён к применению лишь в авиационных бензинах). В 2000-е годы под запрет попали и другие металлорганические антидетонаторы - такие, как циклопентадиенилтрикарбонилмарганец и ферроцен. В употреблении остались лишь так называемые беззольные антидетонаторы в виде простых эфиров и производных анилина. Но их употребляют преимущественно при необходимости «дотянуть» исследовательское октановое число конечного продукта каталитических процессов с 92 до 95-98. Использовать в качестве автомобильного бензина низкооктановую «прямогонку», нашпигованную присадками, сейчас никому не приходит в голову. Их потребуется столь много, что, подняв до нужного уровня один показатель, мы напрочь испортим все остальные.

Несколько слов об октан-бустерах, продающихся в автомагазинах. Моё отношение к ним скептическое - состав непонятен, эффективность сомнительная. Если мотор, что называется, «не тянет» - бустеры не помогут, проблема тут обычно лежит в другой плоскости. Если же при езде действительно проявляются признаки детонации - металлический стук «со звоном», дымный выхлоп, перегрев двигателя, - я бы рекомендовал возить с собой литровую бутылку нефтяного толуола или ксилола (продаются в хозяйственных магазинах в качестве растворителя, моторное октановое число 103), добавляя его в таких случаях в бензобак. Поскольку толуол и ксилол сами по себе являются топливом и в довольно значительных количествах содержатся в любом бензине, это наиболее надёжный и безопасный способ поднять его октановое число на пару-тройку пунктов, чего обычно бывает достаточно для устранения детонационных стуков. А вот экспериментировать с нафталином, как советуют некоторые «умельцы», не стоит. Октановое число у него действительно высокое (еще бы, сразу два бензольных кольца!), но склонность к нагарообразованию ещё выше. Твёрдые высококипящие вещества вообще не лучший вариант для использования в качестве компонентов моторных топлив.

И напоследок. Октановое число - величина, применяющаяся исключительно в отношении топлива для двигателей с искровым зажиганием. Технические условия на дизельное топливо и авиационный керосин такого показателя не содержат, там действуют совершенно иные характеристики воспламеняемости. Что хорошо для бензинового мотора, для дизеля категорически противопоказано. Как говорится - каждому своё.

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