Любой кризис — это время возможностей. Вот, например, я воспользовался бензиновым кризисом как возможностью, наконец, узнать, что это за «октановое число».
Всю жизнь я думал, что это степень «очистки» бензина от примесей. Типа водка — это 40% спирт, а АИ-95 — это 95% октан.
Вот только с таким определением возникают проблемы.
Во-первых, в бензин можно добавить какие-то «присадки» типа (устаревшего) тетраэтилсвинца. При этом доля октана в смеси, разумеется упадёт, а вот октановое число увеличится.
Во-вторых, бензин — это не октан. Это вообще не конкретное вещество , а смесь из кучи разных веществ, в зависимости от сорта.
В-третьих, октановое число бывает больше 100 (а бывает и ниже 0).
В-четвёртых, октановое число бывает не только у бензина, но и в других топливных смесях, где октана вообще нет.
Короче логичная идея, что октановое число — это степень «октановости» бензина оказалась слишком наивной.
На самом деле есть один очень особый вид бензина, состоящий из смеси н-гептана и изооктана. Для такого бензина АИ-95 действительно означает, что там 95% изооктана и 5% н-гептана, АИ-92 — 92% изооктана и 8% н-гептана, итд.
Причём тут важно, что это не просто абы какой октан, а изооктан. И не абы какой гептан, а н-гептан.
Напомню, что гептан и октан — это углеводороды С7H16 и С8H18. Это «предельные» углеводороды, то есть углероды связаны между собой исключительно одинарными связями, а водороды просто занимают все свободные валентности на этом углеродном «скелете».
Но поскольку углеродов в скелете довольно много, его можно сделать довольно разной формы. Получающиеся формы молекулы называются изомерами.
Скелет н-гептана (нормального гептана) состоит из 7 атомов углерода, вытянутых в линию.
А скелет изооктана состоит из 8 атомов углерода, но не в линию, а с хорошим таким ветвлением.
Оказывается, что эта ветвистость делает соединение более устойчивым к… детонации.
Что за детонация? Когда топливо попадает в двигатель, поршень его сжимает, а затем свеча его поджигает, чтобы при сгорании топливо отбросило поршень обратно. Но случается так, что от повышающегося давления топливо самовоспламеняется раньше времени — это и называется детонацией. В норме топливо загорается, когда до него доходит огонь, в таком случае горение распространяется как волна. Но, если происходит возгорание той части топлива, до которой волна огня ещё не дошла, волны давления сталкиваются, и двигатель начинает стучать.
Так вот, АИ-95 — это топливо, которое детонирует так же как 95% смесь изооктана и н-гептана. Чистый изооктан детонирует слабо, поэтому ему дали на шкале 100 баллов. А чистый н-гептан, напротив, только и ждёт того, чтобы самовоспламениться (прям как я), поэтому у него на школе 0 баллов.
Двукомпонентные октан-гептановые смеси называют PRF — Primary Reference Fuel (первичное эталонное топливо). Чтобы промаркировать бензин, его надо сравнить с несколькими референсными смесями в референсном двигателе, и найти такую смесь, которая детонирует с той же интенсивностью.
Я надеялся найти какую-то физическую меру интенсивности детонации, но оказалось, что это чисто инженерная характеристика. Она измеряется как уровень стука в двигателе. Прибором, который зовётся knockmeter. Короче, АИ-95 — это топливо, от которого ваш двигатель будет стучать не сильнее, чем от 95% изооктаново/н-гептановой смеси.
На самом деле интенсивность детонации зависит не только от топлива, но и от режима работы двигателя. Поэтому есть не один, а два стандартных способа измерять октановое число: «исследовательский» Research Octane Number — RON (на низких оборотах) и моторный Motor Octane Number — MON (на высоких).
В России принято использовать RON. Когда вы видите сокращение АИ, это значит, что бензин «Автомобильный, Исследовательским методом оцененный».
Ещё в некоторых странах используют Anti-Knock Index (AKI) — это среднее от RON и MON.
Разницу S = RON - MON называют чувствительность топлива (к режиму работы двигателя). И это довольно странная характеристика. Смотрите: н-гептан имеет RON=MON=0, а изооктан RON=MON=100. Но получается, что чувствительность S у этих двух веществ по определению ноль. Ну и у всех PRF, т.е. их смесей, вероятно, тоже болтается в районе нуля.
Но это не значит, что интенсивность детонации PRF-топлива одинакова вне зависимости от режима работы двигателя, просто это две разные шкалы, обе заякоренные на одни и те же вещества.
На самом деле чувствительность больше нуля означает, что топливо сильнее, чем PRF, чувствует переход от малых оборотов к большим.
Кстати, я уже упоминал, что октановое число бывает отрицательным. Это, конечно, искусственное продолжение шкалы, сделанное какими-то эвристическими методами. Понятно, что никакого эталонного топлива с отрицательным содержанием изооктана не бывает.
Но что смешно, отрицательное октановое число имеет, например… н-октан. Закончу свой пересказ википедии извлечённой оттуда волчьей мудростью:
Опасно быть прямолинейным, сгоришь раньше времени.