Топливо и топливные присадки

Топливо и топливные присадки

Топливо по большому счету до сих пор для многих остается загадкой. Многие гонщики и любители знают о бензине, метаноле и нитрометане очень мало. Им известно, что мощность двигателя будет выше при использовании метанола, и они понимают, что высокое октановое число позволит турбированному двигателю производить больше мощности без опасности возникновения детонации. Хотя те же «знатоки» посмеются над любым, кто скажет им, что существует около дюжины формул бензина с одинаковым октановым числом, при использовании которых мощность на выходе может варьироваться в пределах 5%, или даже что бензин с одной и той же химической формулой может обеспечивать более точную реакцию дроссельной заслонки.

Что означает октановое число топлива

Проблема заключается в том, что на протяжении многих лет нас заставляли верить в то, что октановое число – это измерение энергетического потенциала топлива. Все считали, что двигатель будет производить больше мощности при использовании топлива с октановым числом 110, чем при использовании топлива с октановым числом 102, а при использовании двух видов топлива с октановым числом 105 мощность будет одинаковой. И это в какой-то мере действительно так, но только в отношении устойчивости к детонации. По таким параметрам, как расход топлива, реакция дроссельной заслонки и мощность на выходе, различия будут ощутимыми.

Так как существуют некоторые неточности в понимании определения октанового числа, необходимо подробно рассмотреть эту тему, прежде чем начинать разговор о химической формуле топлива. Как уже упоминалось ранее, большая часть людей понимает, что двигатель будет обладать большей мощностью, а расход топлива уменьшится при использовании топлива с более высоким октановым числом, так как подобное топливо при определенном давлении наддува позволит увеличить степень сжатия и угол опережения зажигания. Однако не все понимают, что при переходе снеэтилированного топлива с октановым числом 95 на топливо Avgas 100/130 с октановым числом 105/110 мощность не обязательно увеличится. Напротив, она даже может несколько уменьшиться, если двигатель не оснащен системами управления датчиком детонации, а также в случае отсутствия соответствующих настроек, которые бы позволили оптимально использовать топливо с более высоким октановым числом.

Топливо для гоночных автомобилей VP C-23 обладает достаточно высоким октановым числом по моторному методу (119). Это топливо этилированное (1,92 г/л) и имеет удельный вес 0.71.

История стандартов октанового числа

Чтобы лучше понять суть определения октанового числа топлива, необходимо вернуться во времена Второй мировой войны. Тогда конструкторы обнаружили, что двигатели со временем выходят из строя под воздействием детонации. Двигатель может работать хорошо после одной заправки топливом, а затем неожиданно пробивать дыры в поршнях при использовании следующей порции топлива, хотя казалось, что топливо имело такой же состав, весило столько же и поставлялось с одного и того же нефтеперерабатывающего завода.

Нефтеперерабатывающие компании пытались провести химический анализ в попытке достичь неизменности свойств топлива от одной партии кдругой, но, несмотря на интенсивные лабораторные испытания, они не могли установить партии топлива, которые способствовали возникновению детонации. Из-за этой проблемы в исследовательских целях были сконструированы специальные двигатели с изменяемой степенью сжатия, чтобы классифицировать типы топлива. Стандартный высокомощный одноцилиндровый двигатель для исследований прогревался до соответствующей температуры, затем работал при нормальной частоте вращения и под нагрузкой, а затем степень сжатия увеличивалась, пока в двигателе при использовании определенного вида топлива не начинала происходить детонация. Антидетонационный коэффициент был определен как максимальная полезная степень сжатия.

Но даже при использовании одного и того же исследовательского стенда и стандартной процедуры проверки обнаружилось, что топливо может показывать различные результаты максимальной полезной степени сжатия в различных лабораториях. Возникла необходимость в неизменном стандарте для калибровки исследовательского стенда. Два чистых вещества были выбраны в качестве эталонного топлива. В качестве первичного эталонного топлива использовался изооктан (2-2-4 триметилпентан), а в качестве вторичного эталонного топлива использовался обыкновенный гептан (n-гептан).

Затем было решено использовать это топливо на исследовательском стенде с переменной степенью сжатия, чтобы определить его максимальную полезную степень сжатия. После серии испытаний с различными смесями изооктана и n-гептана была получена смесь, антидетонационные характеристики которой приближались к характеристикам испытываемого топлива.

Теперь качество тестируемого топлива определялось по пропорциональному соотношению изооктана в эталонной топливной смеси, которая показала идентичные результаты во время исследований. Например, топливо с идентичными характеристиками, что и смесь 95% изооктана и 5% n-гептана, получило октановое число 95. Используя этот стандартный тест, производители смогли обеспечить поставку топлива с идентичными антидетонационными характеристиками для различных целей.

Исследовательский и моторный методы

С тех пор распространение получили другие виды исследований, когда симулировались различные рабочие условия двигателя. В обоих принципах измерения использовался исследовательский стенд с двигателем с переменной степенью сжатия, но, как указано в таблице 12.1, при моторном методе частота вращения двигателя и температура впускного заряда были выше. Следовательно, моторный метод был более строгим испытанием, поэтому октановое число получалось на 6–12 единиц меньше, чем октановое число, полученное по исследовательскому методу, которое указано втаблице 12.2. Это различие очень важно, так как показывает нам, что моторный метод больше подходит для двигателей с наддувом, ведь вподобных двигателях рабочая температура впускного заряда несколько выше. Специалисты часто утверждают, что исследовательский метод демонстрирует устойчивость топлива к детонации при частичной нагрузке двигателя, а моторный метод – при полной нагрузке.

Таблица 12.1. Сравнение тестов по моторному и исследовательскому методам

Таблица 12.2. Сравнение тестов на определение октанового числа

Разница между значениями октанового числа по исследовательскому и моторному методам получила название «чувствительность топлива», иочень важно понять, в чем именно состоит различие. Так как температура впускного заряда по-разному влияет на различные компоненты топлива, можно создать топливо с высоким октановым числом по исследовательскому методу, скажем, 98, но по моторному методу октановое число того же топлива составит всего 86. Следовательно, в обычном турбированном двигателе это топливо будет демонстрировать технические характеристики топлива с октановым числом 86, так как температура впускного заряда будет выше. Однако затем нефтеперерабатывающая компания будет использовать смесь компонентов в другой пропорции в зависимости от наличия компонентов на складе и типа сырья, которое подвергается крекингу (при этом полученное топливо будет иметь октановое число 98 по исследовательскому методу и октановое число 91 по моторному методу). Именно поэтому многие часто жалуются на ухудшение качества топлива. Октановое число по исследовательскому методу может действительно быть высоким, но из-за чувствительности компонентов смеси топливо может демонстрировать технические характеристики топлива с низким октановым числом, так как температура впускного заряда в турбированных двигателях намного выше. В прошлом, когда топливо с высоким уровнем содержания свинца было распространено, проблемы чувствительности топлива редко возникали, так как свинец «демпфировал» чувствительность топлива. Однако, так как в наши дни используется неэтилированное топливо или топливо с заменителями свинца, чувствительность топлива продолжает вызывать проблемы, пока исследовательский метод продолжает использоваться для определения октанового числа топлива в промышленных масштабах.

Октановое число топлива по насосному методу и октановое число SON (Supercharge Octane Number)

В США чаще используется классификация по насосному методу, а не по исследовательскому. Октановое число вычисляется по формуле:

RON – октановое число по исследовательскому методу;

MON – октановое число по моторному методу;

PON – октановое число по насосному методу.

Исследование SON применяется для авиационного топлива с октановым числом выше 100, так как другие тесты становятся бессмысленными, когда октановое число превышает 100. Это значение получают, линейно увеличивая шкалу после 100 единиц. Во время данного исследования вкачестве эталонного топлива используется изооктан и свинец (1 г свинца, добавленный на 4 л топлива, увеличит октановое число примерно на 6единиц). Исследование выполняется за два этапа, F3 и F4, именно поэтому авиационное топливо часто имеет двойное октановое число. Первое число получают во время этапа F3, когда двигатель с наддувом работает на химически верном составе топливовоздушной смеси, как при движении с постоянной скоростью. Во время этапа F4 мы получим технические характеристики топлива при обогащенной топливовоздушной смеси иувеличенном давлении наддува, как во время начала движения.

Этилированное топливо с октановым числом 100 часто на самом деле является топливом Avgas 100/130. Это одна из разновидностей зеленого авиационного топлива с высоким содержанием свинца, однако, как указано на упаковке, его нельзя использовать для заправки самолетов. Скорее всего, в данное топливо были добавлены другие углеводороды, как бензол и/или толуол, которые снизили упругость паров бензина по Рейду до уровня ниже стандартов для авиационных двигателей.