Детонационная стойкость (ДС) является основным показателем
качества авиа- и автобензинов; она характеризует способность бензина
сгорать в ДВС с воспламенением от искры без детонации. Детонацией
называется особый ненормальный режим сгорания карбюраторного
топлива в двигателе, при этом только часть рабочей смеси после вос-
пламенения от искры сгорает нормально с обычной скоростью. Послед-
няя порция несгоревшей рабочей смеси, находящаяся перед фронтом
пламени, мгновенно самовоспламеняется, в результате скорость распро-
странения пламени возрастает до 1500…2000 м/с, а давление нарастает
42
не плавно, а резкими скачками. Этот резкий перепад давления создает
ударную детонационную волну, распространяющуюся со сверхзвуковой
скоростью. Удар такой волны о стенки цилиндра и ее многократное
отражение от них приводит к вибрации и вызывает характерный звон-
кий металлический стук высоких тонов. При детонационном сгорании
двигатель перегревается, появляются повышенные износы цилиндро-
поршневой группы, увеличивается дымность отработавших газов. При
длительной работе на режиме интенсивной детонации возможны и ава-
рийные последствия. Особенно опасна детонация в авиационных дви-
гателях. На характер сгорания бензина и вероятность возникновения
детонации в карбюраторных двигателях оказывают влияние как кон-
структивные особенности двигателя (степень сжатия, диаметр цилин-
дра, форма камеры сгорания, расположение свечей, материал, из кото-
рого изготовлены поршни, цилиндры и головка блока цилиндра, число
оборотов коленчатого вала, угол опережения зажигания, коэффици-
ент избытка и влажность воздуха, нагарообразование, тепловой режим
в блоке цилиндров и др.), так и качество применяемого топлива.
Для бездетонационного горения наиболее благоприятны такие
значения параметров, которые обеспечивают минимальное время сго-
рания, низкие температуры и наилучшие условия гомогенизации ра-
бочей смеси в камере сгорания. Из этого принципа следует, что при
конструировании бензиновых двигателей следует стремиться к умень-
шению диаметра цилиндров, увеличению их числа и числа оборотов
коленчатого вала, обеспечению интенсивного теплообмена в системе
охлаждения, использовать для изготовления блока цилиндров метал-
лы с высокой теплопроводностью, например алюминий; следует отдать
предпочтение таким формам камеры сгорания, которые обеспечивают
наилучшие условия для перемешивания и одновременно отвода тепла
рабочей смеси и т. д. С повышением степени сжатия уменьшается время
сгорания рабочей смеси и существенно улучшаются технико-экономи-
ческие показатели двигателя, однако при этом в результате повышения
температуры в камере сгорания возрастает вероятность возникновения
детонации, а также неконтролируемого самовоспламенения топлива.
Вероятность возникновения детонации при работе на данном дви-
гателе существенно зависит и от химического состава применяемого
автобензина: наиболее стойки к детонации ароматические и изопарафи-
новые углеводороды и склонны к детонации нормальные парафиновые
углеводороды бензина.
Оценка детонационной стойкости бензинов проводится на стан-
дартном одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия
43
(УИТ-65). Определение ДС сводится к подбору смеси эталонных угле-
водородов, которая при данной степени сжатия стандартного двига-
теля сгорает с такой же интенсивностью детонации, как и испытуе-
мый бензин. В качестве эталонных углеводородов приняты изооктан
(2,2,4-триметилпентан) и н-гептан, а за меру ДС – октановое число
(ОЧ). ОЧ изооктана принято равным 100, а гептана – нулю.
Октановое число бензинов – показатель ДС, численно равный
процентному содержанию изооктана в эталонной смеси с н-гепта-
ном, которая по детонационной стойкости эквивалентна испытуемо-
му бензину в условиях стандартного одноцилиндрового двигателя.
ОЧ бензинов выше 100 единиц определяют сравнением их ДС с изо-
октаном, в который добавлена антидетонационная присадка – тетра-
этилсвинец (ТЭС). Определение ОЧ на установке УИТ-65 ведут при
двух режимах: в жестком режиме с частотой вращения коленчато-
го вала двигателя 900 об/мин (метод принято называть моторным)
и в мягком режиме с частотой вращения коленчатого вала двигате-
ля 600 об/мин (исследовательский метод). Октановое число бензи-
на, найденное по исследовательскому методу (ОЧИМ), как прави-
ло, выше ОЧ, определенного моторным методом (ОЧММ). Разницу
между ОЧИМ и ОЧММ называют чувствительностью. Последняя
зависит от химического состава бензина: наибольшая у алкенов, не-
сколько меньше у аренов, затем идут нафтеновые и самая низкая чув-
ствительность у алканов.
В табл. 1.3 приведены антидетонационные свойства индивидуаль-
ных углеводородов и компонентов бензинов, полученных различными
процессами переработки нефти и нефтяных фракций.
Из анализа этой таблицы можно заметить следующие основные за-
кономерности влияния химического строения углеводородов и бензи-
новых компонентов на их детонационные свойства:
1. Наименьшей детонационной стойкостью обладают алканы нормаль-
ного строения, наивысшей – ароматические углеводороды. ДС цик-
ланов выше, чем у алканов, но ниже, чем у аренов с тем же числом
атомов углерода в молекуле.
2. ДС у алканов нормального строения резко снижается с увеличением
их молекулярной массы.
3. ДС изопарафинов значительно выше, чем у алканов нормального
строения. Увеличение степени разветвленности молекулы, компакт-
ное и симметричное расположение метильных групп и приближе-
ние их к центру молекулы способствует повышению ДС изопара-
финов.