Установка смешения бензинов, оборудование смешения бензинов

Степень сжатия, октановое число бензина, детонационная стойкость

Некоторые водители заливают бензин, который им приглянулся по стоимости или «посоветовал» друг. А ведь давно известно, что маркировка топливу дается неспроста, и каждый из них обладает своими характеристиками. Основные из них — октановое число и степень сжатия. Использование того или иного типа бензина регламентируется производителем под каждый двигатель индивидуально.

Что такое степень сжатия?

Степень сжатия (СЖ) — соотношение общего объема цилиндра и рабочего объема камеры сгорания при нахождении поршня в ВМТ (верхней мертвой точке). Само значение имеет безразмерную величину. Бензиновые приводы имеют показатель в 8-12 единиц, дизели — 12-18. СЖ имеет прямое влияние на компрессию, оттого их часто путают или принимают одно за другое. Первая вычисляется простым соотношением объемов. Значение же второй может изменяться в зависимости от дополнительных факторов: состава рабочей смеси, температуры мотора, присутствие в клапанных приводах зазоров и т.д.

Само соотношение отражается в количестве работы, воспроизводимой двигателем автомобиля. Чем выше СЖ, тем выше показатели выделяемой энергии и, как следствие, мощности. Увеличение количества лошадиных сил под капотом без большего расхода топлива достигается путем увеличения этого показателя.

Но есть и недостатки — высокий показатель увеличивает вероятность самовоспламенения рабочей смеси под высоким давлением. Отсюда и требование к топливу с высокой СЖ — он должен иметь повышенную детонационную стойкость, называемую октановым числом (ОЧ).

Детонационная стойкость

ОЧ имеет показатель равный содержанию в топливе n-гептана и изооктана. Экспериментируя с изменением их долей в составе, можно добиться нужных характеристик бензина и не ухудшить его качество. Чем оно выше, тем сильнее может быть сжата смесь без риска преждевременного воспламенения. Чтобы данное число повысить в бензин добавляют различные присадки — эфир, спирт, антидетонационные компоненты. Без подобных добавок максимальное ОЧ достигает 100 единиц.

Октановые числа весьма разнообразны и определяются двумя методами:

  • моторный (ОЧМ);
  • исследовательский (ОЧИ).

Их отличие отображает восприимчивость горючего. Чтобы выявить настоящее значение нужно знать фактическое ОЧ. Вычислить его можно на работающем движке с помощью специального стенда или прибора для измерения — октанометра. Наиболее близко к этому значению «дорожный» коэффициент ОЧ. Выявить такой возможно только на самом автомобиле. Составляющий изооктан отличается низким уровнем воспламенения, его величина ОЧ обозначена постоянной и равна 100 единицам.

Процесс сожжения n-гептана при низком сжатии характеризуется постукиванием в моторе. Значение числа октанов приближенно к нулю. Горючее с ОЧ больше 100 наделяется специальной шкалой. В такие виды часто добавляются антидетонаторы и изооктан. Главный симптом несоответствующего числа октанов — металлический звон из силовой установки, порожденный волнами давления, отраженными от стенок цилиндра.

Оценка у дизельного топлива не имеет ОЧ поскольку существенно отличается по химической стороне процесса. Для этого используется цетановое число. Оно характеризует временной период, который длится от момента поступления топлива в камеру до воспламенения. Чем выше этот показатель, тем быстрее рабочая смесь будет поджигаться. Чем ниже — тем больше времени потребуется для ее воспламенения.

Добавки и вещества для увеличения ОЧ

Для увеличения числа октанов используются разные способы. Добавление жидкости — антидетонатора является самым действенным. Еще достаточно популярен метод технологического вмешательства. Среди антидетонаторов более распространены тетраэтилсвинец и спиртовые добавки.

Не самым безопасным, но достаточно эффективным является добавление первого антидетонатора в топливо. Будучи достаточно термостойким (температура закипания 2 тыс. градусов) он обладает высокой вязкостью. Его использование позволяет превысить 100 единиц ОЧ на 17. Однако, выброс свинца вместе с выхлопными газами сильно вредит окружающей среде. Более того, высока вероятность отравления такими газами. На заправках данный вид топлива маркируют как «этилосодержащий», «экобензин» или «этилированный». Стоит он порядком дешевле других, но и приятных последствий после его использования ждать не стоит.

В настоящее время для уменьшения негативных последствий его использования в бензин добавляют специальные добавки. Самые популярные — дипроэтан, этил бромистый и дибромпропан. Они предназначены для вывода продукта его сгорания — оксида свинца. Данное вещество образует обильные отложения на всех частях двигателя.

Наличие 1/10 спирта в 92-ом бензине повышает детонационную стойкость до 95. Приятным бонусом идет уменьшение токсинов в выхлопных газах. Применяются и метиловый, и этиловый спирты. Но вместе с увеличением ОЧ происходит пропорциональное увеличение парового давления. И условия эксплуатации, хранения и транспортировки такой рабочей смеси существенно усложняются. Так, при попадании влаги в топливо вероятность капитального ремонта двигателя составляет практически 95%.

Детонация

Основные понятия разобраны, можно приступить к разбору самого явления детонации (Д). Она происходит в том случае, когда бензобак был заправлен топливом с ОЧ ниже, чем предусмотрено производителем. Заключается Д в преждевременном самовоспламенении рабочей смеси в процессе ее сжатия. Последствия — пламенный фронт, распространяющийся со скоростью взрыва и наносящий ощутимый урон стенкам цилиндров и поршням. В итоге износ этих деталей сильно увеличивается.

Сопровождается данное явление характерным стуков в моторе, похожим на металлический звон. Мощность двигателя ощутимо падает, а разрушающая сила взрывных волн способна привести к его поломке. Современные модели оснащены специальным датчиком, фиксирующим Д и передающим информацию бортовому компьютеру. Последний, получив подобный сигнал, изменяет насыщение топливно-воздушной смеси, момент поджигания для предотвращения детонации.

СЖ и ОЧ бензина

Степень сжатия в современных силовых установках колеблется от 8 до 14 единиц. Чтобы повысить данное значение, требуется использование бензина с большим октановым числом (в случае с бензиновыми агрегатами). Такой метод предполагает не только увеличение мощности мотора, но и его КПД. Это означает уменьшение расхода рабочей смеси.

Читайте также:  Действителен ли электронный полис ОСАГО как и у кого он работает, принципы оформления, могут ли быть

Маркировка бензина не является случайностью. Каждой соответствует своя степень сжатия и рекомендуемая СЖ. Причем данные значения обозначены, как стандарты и определены ГОСТом. Таблица отображает соответствие каждой марки бензина конкретным характеристикам мотора.

Выбор бензина. Октановая арифметика

Говорят, что на одной заправке 95-м бензином можно проехать больше, чем на 92-м. Пытаемся разобраться

Говорят, что на одной заправке 95-м бензином можно проехать больше, чем на 92-м. Пытаемся разобраться

Начнем с азов

Октановое число — важный показатель качества бензина, характеризующий его антидетонационную стойкость. Детонация — это самопроизвольное, не зависящее от искры на свече зажигания, воспламенение рабочей смеси в цилиндре под воздействием температуры и давления, сопровождающееся ненормально быстрым ее сгоранием. Незначительная и краткая по времени детонация, возникающая, как правило, при резком увеличении нагрузки, особой угрозы не представляет, хоть и проявляется неприятными для слуха стуками и характерным «цоканьем», которое автомобилисты со стажем называют «звоном пальцев».

Под большой нагрузкой детонация может быть сильнее и разрушительнее. Возникающие при этом стуки могут быть «замаскированы» общим шумом двигателя. Длительная детонация чрезвычайно опасна. Она способна в считанные часы (а то и минуты) разрушить двигатель.

В погоне за дополнительной мощностью мо­торо­строители на протяжении всего прошло­го века шли самым про­стым путем — повышали степень сжатия (т. е. соотношение объемов цилиндра при нахождении поршня в нижней и верхней мертвых точках). Более высокое давление сжатой рабочей смеси провоцировало детонацию. Требовался бензин с все большим октановым числом. Если в тридцатые годы прошлого века величайшим достижением считали бензин с октановым числом 76, то теперь не удивляет и 100.

Октановое число топлива определяется на специальном одноцилиндровом двигателе путем сравнения со смесью изооктана (изомера октана 2, 2, 4-триметилпептана) и η-гептана. Октановое число бензина, равное, например, 92, означает, что его детонационная стойкость соответствует стойкости смеси из 92 частей изооктана и 8 — η-гептана. Хотя оба вещества и входят обычно в состав бензина, октановое число не означает, что бензин состоит только из них. Это куда более сложный «коктейль», точный рецепт которого зачастую не знают даже сами его производители. Когда американец Рассел Маркер из корпорации Ethyl разрабатывал в 1926 году методику определения октанового числа, он выбрал η-гептан в качестве нулевого эталона только по одной причине: конкретный изомер углеводородного соединения высокой чистоты из нефти не получить, а η-гептан можно произвести из сосновой смолы.

Если с октановым числом в принципе все понятно, начнем все запутывать. Октановые числа (а их как минимум два) — не единственные единицы измерения антидетонационной стойкости. Даже на одном и том же моторном стенде с помощью двух разных методик определяются два показателя.

Исследовательский метод ASTM дает нам, соответ­ственно, исследовательское октановое число или, правильнее, октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ). Помните буковку «и» в маркировке наших старых бензинов?

В ходе испытания одноцилиндровый двигатель с принудительно изменяемой степенью сжатия работает в контролируемых условиях с минимальной нагрузкой.

Для определения октанового числа по моторному методу (МОЧ) подаваемая в тот же двигатель рабочая смесь предварительно подогревается, обороты коленвала увеличиваются, меняются регулировки момента опережения зажигания. Таким образом, бензин подвергается более жесткому и близкому к реальной эксплуатации испытанию. Обычно ИОЧ топлива на 8–10 единиц больше его МОЧ. Это соотношение стоит запомнить, оно может пригодиться для практических расчетов.

Общего, стандартного способа обозначения детонационной стойкости бензина в мире не существует. В Европе и Австралии используют исследовательский метод. У нас в стране до недавнего времени ходили оба, о чем свидетельствовала упомянутая буква «и» (или ее отсут­ствие —
свидетельство использования моторного метода). В Новой Зеландии, соседке Австралии, больше оперируют МОЧ. Даже исследование проводили о снижении его минимума с 82 до 81 единицы. А вот Северная Америка идет своим путем. Там используют совсем другие названия, к счастью, обозначающие один и тот же параметр. В ходу здесь антидетонационный коэффициент AKI — Anti-Knock Index, дорожное октановое число RdON — Road Octane Number (не путать с RON — Research ON — 0Ч по исследовательскому методу), насосное октановое число PON — Pump Octane Number или просто (R+M)/2. Последнее обозначение объясняет суть всех предыдущих. В США и Канаде указывается среднее арифметическое окатновых чисел, полученных по двум разным методикам, то есть
AKI=ИОЧ+МОЧ/2. AKI на 4–5 единиц меньше, чем ИОЧ
(RON). Эти цифры тоже могут пригодиться.

Маленькая экскурсия

Если все вышеупомянутое вам понятно, придется усложнить ситуацию. Очень часто продавцы топлива вместо октанового числа указывают сорт бензина. При этом в разных странах за одними и теми же словами скрываются разные цифры. Более того, единообразия нет даже в отдельных штатах, образующих США.

Начнем от родной печки. У нас бензин А-92 уже подается как Regular, А-95 как Premium и А-98 — как Super. Еще не исчез А-76, замаскированный под А-80, но скорый запрет оставил «старичка» без названия.Данные по некоторым другим странам приведены в сводной таблице. Сразу ее прокомментируем.

Читайте также:  3 рабочих способа избежать ошибок при замене свечей советы мастеров

Горные штаты США ничем не отличаются от других горных районов мира. Высота над уровнем моря здесь больше, воздух разреженнее. Как ни старайся, без наддува давление в цилиндре как в начале такта сжатия, так и в его конце будет ниже, чем на равнине. Следовательно, и бензин здесь может обладать пониженной стойкостью к детонации. Помните об этом, собираясь надолго спуститься с гор. Чуть пониженные требования к ОЧ в Калифорнии объясняются просто: надо подтолкнуть жителей самого богатого штата к покупке имеющегося в избытке «сотого». Ferrari и Porsche скажут «спасибо». И нефтетрейдеры тоже. В ряде стран Европы 95-й уже давно считается «стандартным» или «регулярным». Хуже не делают.

Зато в некоторых странах третьего мира с Regular и Standard возможны осложнения: они могут быть схожи с нашим А-76 (80). Приведенные здесь сведения помимо познавательного имеют и прикладное значение. Зная страну происхождения купленной иномарки, ее владелец сможет определить, каким бензином надо потчевать свою стальную лошадку. Ведь абсолютное большинство машин, кроме спортивных, представительских и тюнинговых, как правило, довольствуется сортом Regular/Standard без указания в мануале реального октанового числа. Полезны эти цифры и сервисменам, как помогающие определить, каким путем устранять, например, «тупость» машины. Просто перейти на бензин с большим О4 или менять дорогостоящий блок управления двигателем. К месту, специально для механиков, отметим, что сильной детонацией (и от сильной детонации) больше страдают карбюраторные двигатели. На впрысковых обычно имеется датчик детонации в виде миниатюрного пьезоэлектрического микрофона, по сигналу которого электронные мозги делают зажигание более поздним, снижая детонацию. Двигатель страдает меньше, больше страдает владелец машины. Из-за ухудшившейся динамики и роста расходов на топливо.

Вернемся к теме

Как вся эта путаница связана с машиной нашего коллеги? Его Mitsubishi прибыл к нам из Штатов. Обращаемся к таблице. И как «японка», и как «американка» машина должна радоваться нашему 92-му. И переход на 95-й ни динамики, ни экономичности ей не добавит.

Наиболее вероятно, что наш коллега неосознанно выдавал желаемое за действительное. Ему стоит установить бортовой компьютер или хотя бы позаправляться под пробку на одной и той же колонке недельку-другую, регулярно записывая данные расхода и пробега. Затем повторить замеры на другом сорте топлива. Правда, с учетом городских пробок результат все равно получится очень приблизительным.

Если экономия все-таки подтвердится, возможно несколько вариантов ее возникновения.

Первый и самый простой. Опре­де­ленная часть машин в силу суммирования допусков и иных технологических причин имеет характеристики, отличающиеся от паспортных. И это надо принять как данность.

Второе, менее оптимистическое. За годы эксплуатации в камере сгорания скопился нагар и другие отложения, ее объем уменьшился, а степень сжатия, соответственно, возросла. Что и «приспособило» двигатель под бензин с более высоким октановым числом. Лечится регулярным добавлением противонагарных присадок в бензин плюс длительной ездой на высокой скорости. Альтернативой присадке могло бы стать использование «чистящего» бензина Shell V-Power, но за отсутствие лишних хлопот придется расплачиваться. Если «химия» не поможет, то остается «механика». Впрочем, без более веских причин двигатель лучше не разбирать. Если «химия» поможет, скорее всего, двигатель придется подрегулировать.

Третье, самое сложное. Глючит система управления двигателем, зажигание, система рециркуляции отработавших газов. Замена блока управления — дело несложное, но очень дорогое. Стоит проконсультироваться у хорошего диагноста, если такого удастся найти. Как и специалиста по каталитическим нейтрализаторам.

Еще чуть-чуть теории

Многочисленные исследования в разных странах мира подтверждают, что переход на бензин с более высоким октановым числом при постоянной степени сжатия не дает никаких преимуществ, а только повышает расходы на топливо. Теплотворная способность, а значит, и запасенная энергия у разных сортов топлива примерно одинакова. Высокооктановый бензин выделяет столько же энергии, как и стандартный, но горит медленнее. В результате не успевшее сгореть топливо может быть выброшено в глушитель (смерть катализатору) и далее в атмосферу (смерть живому).

Более того, как утверждает сайт Gas Bank USA, производители автомобилей (BMW, Porsche, Mercedes-Benz и др.), даже рекомендуя высокооктановый бензин, допускают применение стандартного без угрозы для двигателя, но с некоторым ухудшением параметров автомобиля.

О том, каково это ухудшение, можно судить по данным, опубликованным Hyundai Motor. На бензине Premium 4,6-литровый двигатель V8 седана Genesis выдает максимальную мощность 375 л. с., а на стандартном (AKI-87) — 386, т. е. менее чем на 2% меньше.

В американском руководстве по эксплуатации Smart Fortwo приведено то же предупреждение, что и для автомобилей Mercedes: «Для обеспечения долгой надежной работы и высоких характеристик двигателя следует использовать бензин сорта Premium Unleaded». А в нижней строке: «Бензин Regular не причинит вреда вашему автомобилю».

Мы не призываем переходить на низкооктановый бензин. Но если ваш автомобиль под него и «заточен», есть ли смысл платить лишние деньги? При одинаковом химическом составе, равной энергоемкости и не зависящем от октанового числа использовании/неиспользовании присадок единственное отличие между сортами бензина — размер прибыли, получаемой продавцом топлива.

Полезные формулы

Определяя, какой бензин нужен вашей машине, полезно знать, что:
AKI = RON+MON/2;
RON — MON ≈ 8–10;
RON — AKI ≈ 4–5;
AKI 87usa= RON 92eu;
AKI 90 ≈ RON 95;
где:
AKI — Anti-Knock Index — антидетонационный коэффициент (США);
RON — Research Octane Number — октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ);
MON — Motor Oil Number — октановое число по моторному методу (МОЧ).

Читайте также:  Ремонт Рено Дастер своими руками видео и фото

Нефтянка

Всё о нефти, газе и не только

[Н3.4] Производство бензина

Описание процесса получения автомобильного бензина обычно фокусируется на разборе принципов функционирования установок риформинга, изомеризации, алкилирования… Читатель смотрит и недоумевает — зачем всё это нужно? Дело в том, что для повышения потребительских и экологических свойств топлива были разработаны стандарты и регламенты, устанавливающие строгие требования по ряду параметров. Производство современного бензина похоже на сборку головоломки по замысловатым правилам.

Наиболее известный параметр бензина — октановое число. Оно определяет детонационную стойкость бензина, то есть его способность противостоять самопроизвольному воспламенению при сжатии. При нормальной работе двигателя пары бензина сначала сжимаются в цилиндре, после чего в нужный момент воспламеняются искрой от свечи зажигания. Чем сильнее будут сжаты пары, тем эффективнее работа двигателя. Считается, что шкалу для изменения детонационной стойкости бензина придумал американский химик Эдгар Грэхем в 1927 году, хотя его первенство оспаривалось другими учёными. В качестве нижней границы он взял характеристики нормального гептана (0 единиц), в качестве верхней — изооктана (100 единиц). Бензин с октановым числом 92 ведёт себя как смесь 8% н-гептана и 92% изооктана, а бензин с октановым числом 60 соответствует смеси 40% н-гептана и 60% изооктана.

Определение октанового числа топлива проводится на стенде, имитирующем работу одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Детонационная стойкость не является постоянным параметром, она зависит от условий измерения. Применяются два варианта: мягкий (частота вращения коленвала 600 об/мин, температура 52°С, угол опережения зажигания 13 градусов) и жёсткий (частота вращения коленвала 900 об/мин, температура 149°С, переменный угол опережения зажигания). Октановое число, измеренное по первому варианту, называется исследовательским октановым числом (ИОЧ), по второму — моторным октановым числом (МОЧ).

Отраслевое сообщество не смогло прийти к единому мнению относительно того, какой способ считать правильным. С одной стороны, моторное число точнее соответствует работе нагруженного двигателя, с другой — исследовательское обычно больше, что нравится потребителю. В России согласно ГОСТ 2084-77 для низкооктанового бензина указывалось октановое число по моторному методу (А-76), для высокооктанового — по исследовательскому (Аи-92, Аи-95). Присутствие буквы «и» в названии говорило о том, что приведено ИОЧ, отсутствие этой буквы означало МОЧ. По новым правилам (ГОСТ Р 51105–97) бензины стали называться Нормаль-80, Регуляр-92, Премиум-95, Супер-98. Бензин А-76 превратился в Нормаль-80, Аи-92 — в Регуляр-92. Аналогичный способ маркировки топлива применяется в Европе.

В США и Канаде проблему с разными методами определения октанового числа решили по-своему. В этих странах используется антидетонационный индекс (АДИ), представляющий собой среднее арифметическое из ИОЧ и МОЧ. Величина АДИ не имеет физического смысла, но достаточно удобна.

Существует множество веществ, позволяющих довести октановое число до заданного уровня, но почти все они чему-нибудь вредят (природе, здоровью людей, деталям машин). Если потенциальный вред очень высок, то использование вещества запрещается, если умеренный — то ограничивается верхний предел содержания этого вещества в готовом топливе. Например, очень легко поднять октановое число путём добавки тетраэтилсвинца, но современный техрегламент запрещает присутствие в топливе ядовитых свинцовых соединений. Также из-за ядовитости запрещено использование метилового спирта. Недороги и эффективны присадки на основе марганца и железа, но они быстро выводят из строя свечи зажигания. Высокое октановое число имеет бензол, но его пары ядовиты, поэтому содержание бензола в бензине не может превышать 1%. Сплошные ограничения! Очень похоже на рецепты здорового питания — как приготовить вкусное блюдо без соленого, перчёного, острого, жареного и копчёного.

Процесс приготовления бензина дополнительно осложняется нелинейностью воздействия добавок на октановое число смеси. Например, чистый этиловый спирт в малых дозах весьма полезен для повышения октанового числа, но когда его в смеси становится более 5%, то положительный эффект заметно снижается. Ну и в качестве «вишенки на торте» — ИОЧ и МОЧ не подчиняются правилам аддитивности, то есть октановое число смеси не соответствует среднему, рассчитанному с учётом объёмных долей компонентов. Чтобы обойти эту проблему, для расчётов применяются так называемые октановые числа смешения. Способы измерения октановых чисел смешения не найдены, они определяются методом подбора.

Кроме октанового числа, бензин нормируется по содержанию легкоиспаряющихся углеводородов. Если бензин образует недостаточно паров, то пуск холодного двигателя станет невозможен. Слишком много летучих компонентов — тоже плохо, в жаркую погоду это может привести к образованию паровых пробок в топливной системе автомобиля. Согласно Техническому регламенту, давление насыщенных паров бензина в летний период должно составлять 45-80 кПа, в зимний период — 50-100 кПа. Почти все компоненты бензина характеризуются меньшим давлением насыщенных паров, до нормы этот показатель доводится путём добавления н-бутана или изобутана. Это очень летучий углеводород. При заправке автомобиля можно наблюдать, как он в виде паров утекает из горловины бензобака, образуя в воздухе достаточно заметные переливающиеся струи. Добавление бутана влияет на итоговое октановое число, что требуется заранее учитывать.

Смешивание компонентов бензина и получение товарной продукции осуществляется на установке компаундирования. Технологии производства различных компонентов бензина будут рассмотрены в следующей статье.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector