Антидетонационные свойства бензинов. Октановое число.

Работа двигателя внутреннего сгорания происходит в два или четыре такта:

1. Всасывание. Впускной клапан открыт, поршень движется вниз, свеча не горит.

2. Сжатие. Оба клапана закрыты, свеча искрит.

3. Рабочий ход. Смесь горит, образующиеся пары толкают поршень вниз.

4. Выхлоп. Открыт выпускной клапан, свеча не горит.

Основным является такт рабочего хода. На протяжении этого такта происходит сгорание бензиновой смеси и увеличение объема паров над поршнем. При нормальном сгорании скорость распределения фронта горения 25...35 м/с. Давление в цилиндре при нормальном сгорании возрастает плавно. Возрастание давления в результате процесса сгорания бензина компенсируется движением поршня вниз, то есть увеличением объема камеры. При нормальной скорости горения двигатель работает плавно, без стуков. Скорость горения зависит от степени сжатия (СЖ - отношение объема цилиндра при нахождении поршня в нижней мертвой точке к объему цилиндра в верхней мертвой точке), температуры в цилиндре, химического состава топлива. Если топливо химически нестабильно в условиях окисления, то горение переходит в детонацию. Скорость распространения фронта горения возрастает до 1.5...2 тыс. м/с.

При детонации выделение продуктов горения начинается еще до того как поршень достигнет верхней мертвой точки в стадии сжатия. Этим тормозится работа двигателя, снижается его мощность, так как выделение продуктов горение препятствует нормальному продвижению поршня. Давление и температура в цилиндре возрастает выше того значения, на которое рассчитаны клапана, что вызывает прогар колец и клапанов. При детонации происходит резкое выделение тепла, поэтому двигатель перегревается. Таким образом, детонация ведет к снижению мощности двигателя, усилению его механического износа, прогару колец и клапанов и неполному сгоранию топлива. Проявляется детонация резким снижением мощности и металлическим стуком.

Основной причиной детонации является накопление в горючей смеси активных кислородсодержащих соединений: перекисей (R-О-О-R) и гидроперекисей (R-О-О-Н), которые являются продуктами окисления. Скорость образования перекисных соединений не должна превышать некоторого допустимого значения. Эта скорость зависит от химического состава топлива. Для предельных углеводородов она максимальна, для аренов - минимальна.

Склонность топлива к детонации повышается с повышением давления в цилиндре и с ростом степени сжатия, поэтому двигатели высокой удельной мощности с повышенной степенью сжатия требуют бензин с улучшенными антидетонационными свойствами, показателями которых является октановое число.

Способность топлива противостоять детонации оценивают показателем качества «октановое число». Октановое число бензинов устанавливают методом сравнения с эталонным топливом, которое включает следующие два индивидуальных углеводорода:

-изооктан –2,2,4 – триметилпентан (2,2,4-ТМП). Изооктан характеризуется высокой устойчивостью к детонации;

- н-гептан (н-С₇Н₁₆). Напротив, для н-гептана характерна низкая стойкость к детонации.

 

 

Условно детонационная стойкость изооктана (2,2,4-ТМП) принята за 100 пунктов, а детонационная стойкость н-гептана - за 0. Смешивая эти углеводороды в различном соотношении, можно получать эталонные топлива с октановым числом от 0 до 100 пунктов. Таким образом, под октановым числом бензина понимают процентное содержание (по объему) изооктана в искусственно приготовленной смеси, состоящей из изооктана и н-гептана, которая по своей детонационной стойкости равноценна испытуемому бензину. Так, например, в марке бензина А-76 цифра 76 показывает октановое число, т.е. детонационная стойкость этого бензина такая же, как у смеси, состоящей из 76% изооктана и 24% об. н-гептана.

Октановое число оценивают двумя методами – моторным (ММ) и исследовательским (ИМ).