Определение октанового числа расчетным методом

Одним из основных показателей качества автомобильных бензинов является их детонационная стойкость, от которой в наибольшей степени зависит надежность и продолжительность эксплуатации поршневых двигателей. Детонационная стойкость характеризует способность бензина сгорать в двигателе без детонации и оценивается в единицах октанового числа: чем больше октановое число, тем выше детонационная стойкость бензина. На рис. 1.3 представлена развернутая индикаторная диаграмма, т. е. зависимость изменения давления Рв цилиндре двигателя от угла поворота коленчатого вала φ_пв, при нормальном и детонационном сгорании смеси.

Рис. 1.3. Индикаторная диаграмма: 1 - нормальное сгорание; 2 - детонационное сгорание; ВМТ - верхняя мертвая точка	Рис. 1.4. Установка УИТ-65 для моторного определения октановых чисел бензина: 1 - пульт управления; 2 - аппаратура для измерения детонации; 3 - бак для подогрева всасываемого воздуха; 4 - конденсатор охлаждения; 5 - карбюратор; 6 - ресивер с водяным охлаждением; 7 - одноцилиндровый двигатель

Октановое число - условный показатель антидетонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию изооктана С₈Н₁₈, октановое число которого принято за 100, в его смеси с н-гептаном С₇Н₁₆, октановое число которого равно 0, эквивалентной по детонационной стойкости испытываемому бензину. Смеси изооктана и н-гептана различных соотношений будут иметь детонационную стойкость от 0 до 100. Например, октановое число бензина равно 80. Это значит, что данный бензин по детонационной стойкости эквивалентен смеси изооктана и н-гептана, в которой изооктана 80%. Существуют два метода определения октанового числа: моторный и исследовательский. Моторным методом определяют октановое число на установке УИТ-65 (рис. 1.4), позволяющей изменять степень сжатия от 4 до 9, где сравнивают детонационную стойкость исследуемого бензина с эталонными образцами при температуре горючей смеси 150 °С и частоте вращения 900 мин^-1. Исследовательским способом детонационную стойкость определяют при температуре горючей смеси 25-35 °С (смесь не подогревается) и частоте вращения 600 мин^-1. В этом случае в марке бензина присутствует буква «И». Например, АИ-92 - автомобильный бензин с октановым числом по исследовательскому методу не ниже 92.

Так как определение детонационной стойкости по моторному методу проходит в более жестких условиях, то результат будет несколько ниже, чем он был бы получен при определении по исследовательскому методу (табл. 1.2). В обоих случаях после прогрева двигателя постепенно увеличивается степень сжатия до появления детонации определенной стандартной интенсивности, определяемой по шкале указателя детонации.

Таблица 1.2. Октановые числа бензинов различных марок

Установлена примерная зависимость между требуемым октановым числом бензина, степенью сжатия и диаметром цилиндра двигателя:

ОЧ= 125,4-413/ε + 0,183D, (1.4)

где ОЧ - октановое число; ε - степень сжатия; D - диаметр цилиндра.

Для увеличения степени сжатия на единицу необходимо повысить октановое число на 4-8 единиц. Октановое число зависит не только от степени сжатия. Заметное влияние оказывают температура окружающей среды, атмосферное давление и влажность. Так, октановое число может быть снижено на единицу при уменьшении температуры воздуха на 10 °С или атмосферного давления на 10 мм рт.ст. Например, если при температуре окружающей среды -20 °С и атмосферном давлении 760 мм. рт.ст. двигателю был необходим бензин с октановым числом 90, то при температуре окружающей среды -10°С и атмосферном давлении 700 мм. рт.ст. достаточно использовать бензин с октановым числом 80.

Кроме того, октановое число может быть приближенно подсчитано по формулам (полученное значение ориентировочно соответствует октановому числу, определенному по исследовательскому методу):

, (1.5)

, (1.6)

где t_cp - средняя температура разгонки топлива; t_нк - температура начала кипения топлива; t_кк - температура конца кипения топлива; ρ₂₀ - плотность топлива при 20°С, г/см³.

Для бензинов с октановыми числами выше 62 рекомендуется следующая эмпирическая формула:

(1.7)

где t_10%, t_90% - температуры перегонки 10%-ных и 90%-ных фракций бензина.