Что будет, если добавить изопропанол в АИ-92: октан, вода и риски

Изопропиловый спирт в бензин: повышает ли он октан и удаляет ли воду

Изопропиловый спирт чаще всего воспринимают как средство для удаления воды из бензобака. Он входит в состав многих топливных осушителей, смешивается с водой и способен удерживать небольшое количество влаги в однородной топливной фазе. Одновременно изопропанолу приписывают способность повышать октановое число бензина.

Лабораторный эксперимент подтвердил обе особенности, но с важными ограничениями. Изопропанол действительно повысил исследовательское и моторное октановые числа двух образцов АИ-92. Однако его способность работать с водой касается прежде всего следовой влаги: отдельный водяной слой на дне бака таким способом безопасно удалить нельзя.

Ранее мы проверили готовые октан-корректоры и выяснили, какие составы действительно повышают октановое число, а какие почти не влияют на бензин.
Результаты лабораторного теста октан-корректоров

Как проводили испытание

В эксперименте использовали два образца бензина АИ-92 — ГПН и Kazak-Oil. Для каждого топлива сначала определили исходные исследовательское и моторное октановые числа, после чего добавили изопропиловый спирт в концентрациях 5 и 10% по объёму.

ОЧИ и ОЧМ измеряли на моторной установке УИТ-85, которая оценивает детонационную стойкость топлива при сгорании в стандартном одноцилиндровом двигателе. Результаты портативного анализатора Shatox в основной расчёт не включали, поскольку спиртобензиновые смеси вызвали у него резкое завышение показаний.

Концентрации 5 и 10% использовались для оценки зависимости результата от состава смеси. Они не являются рекомендацией для самостоятельного добавления спирта в автомобильный бак.

Что показал моторный тест

При добавлении 5% изопропанола исследовательское октановое число выросло на 1,1–1,2 пункта, при 10% — на 1,6–2,5 пункта. Прирост моторного октанового числа оказался скромнее: 0,5–0,6 пункта при 5% и 1,2–1,3 пункта при 10%.

Эффект подтвердился на обоих бензинах, но его величина зависела от исходного состава топлива. Особенно заметно это по ОЧИ: при одинаковых 10% спирта бензин ГПН прибавил 2,5 пункта, а Kazak-Oil — 1,6 пункта. Следовательно, смесительную эффективность изопропанола нельзя заранее определить только по его концентрации или собственному октановому числу.

Почему результат зависит от исходного бензина

Бензин представляет собой сложную смесь парафиновых, изопарафиновых, ароматических и других углеводородов. Поэтому добавление одинакового количества изопропанола к двум образцам АИ-92 не обязано давать одинаковый прирост октанового числа.

Справочное октановое число чистого вещества нельзя напрямую переносить на готовую смесь. Итог зависит от того, с какими компонентами бензина взаимодействует спирт и как меняется общая детонационная стойкость топлива.

Именно поэтому при 10% изопропанола ОЧИ бензина ГПН выросло на 2,5 пункта, а Kazak-Oil — на 1,6 пункта. Это не противоречие, а проявление разной смесительной эффективности в двух исходных рецептурах.

Почему ОЧИ выросло сильнее ОЧМ

Исследовательское и моторное октановые числа определяют в разных режимах. ОЧИ характеризует детонационную стойкость в более мягких условиях, ОЧМ — в более жёстких.

В одном из современных моторных исследований для чистого изопропанола были получены значения около 117 по исследовательскому методу и 99 по моторному. Такая большая разница означает высокую чувствительность вещества к режиму испытания.

Поэтому в эксперименте изопропанол заметнее повышал ОЧИ, чем ОЧМ. Максимальный прирост составил 2,5 пункта по исследовательскому методу и 1,3 пункта по моторному.

Это важно для оценки результата: рост ОЧИ сам по себе ещё не даёт полной картины. Детонационная стойкость топлива в более жёстком режиме тоже увеличилась, но слабее.

За счёт чего изопропанол повышает октановое число

Изопропанол обладает высокой собственной детонационной стойкостью. При смешении с бензином он изменяет химический состав топлива и снижает склонность смеси к самовоспламенению до прохождения фронта пламени.

Дополнительный вклад даёт испарительное охлаждение. Для перехода изопропанола в газообразное состояние требуется больше тепла, чем для испарения основных компонентов бензина. В результате топливовоздушная смесь охлаждается, а её склонность к детонации уменьшается.

Оба механизма уже входят в итоговые значения ОЧИ и ОЧМ, полученные на моторной установке. Отдельно складывать химический эффект спирта и охлаждение заряда нельзя.

В реальном двигателе вклад испарительного охлаждения будет зависеть от способа смесеобразования и режима работы, но сам лабораторный результат однозначен: изопропанол повысил детонационную стойкость обоих испытанных бензинов.

Высокий октан не означает больше энергии и мощности

Октановое число показывает устойчивость топлива к детонации, а не количество содержащейся в нём энергии. По низшей теплоте сгорания изопропанол заметно уступает бензину:

• изопропанол — около 31 МДж/кг;
• автомобильный бензин — примерно 42–44 МДж/кг.

Поэтому при заметной доле спирта энергетическая ценность смеси снижается. Для получения той же работы двигателю может потребоваться увеличить подачу топлива. Современная система управления способна частично компенсировать изменение состава, но диапазон таких коррекций ограничен.

Дополнительная детонационная стойкость тоже не гарантирует прироста мощности. Использовать её сможет только двигатель, который умеет корректировать угол опережения зажигания и другие параметры работы. В остальных случаях высокий октан даст лишь больший запас до возникновения детонации.

Как изопропанол работает с водой

Изопропанол смешивается и с водой, и с углеводородами, поэтому в бензине он действует как сорастворитель. Если влаги немного, спирт помогает удерживать её в однородной топливной фазе.

Но это не означает, что вода исчезает. Следовое количество влаги может поступать в двигатель вместе с топливом, тогда как заметный слой воды на дне бака спиртом безопасно не удалить.

При избытке воды изопропанол частично переходит в нижнюю водную фазу и образует водно-спиртовую смесь. Если топливный насос захватит именно её, возможны перебои в работе, потеря мощности или остановка двигателя.

Поэтому корректнее говорить не о «выведении воды», а о повышении водотерпимости бензина при небольшом количестве влаги.

Когда начинается фазовое расслоение

Устойчивость смеси зависит сразу от нескольких факторов:

• концентрации изопропанола;
• количества воды;
• состава бензина;
• температуры;
• присутствия других кислородсодержащих компонентов.

После превышения критического содержания воды смесь разделяется на две фазы: сверху остаётся преимущественно бензин, снизу образуется водно-спиртовой слой.

При этом часть изопропанола уходит вместе с водой, поэтому меняется и состав верхней бензиновой фазы. Это может повлиять на её детонационную стойкость.

Универсальной цифры, сколько именно воды способен удержать изопропанол, нет. В модельных системах речь идёт о долях процента по массе, но напрямую переносить эти значения на товарный бензин нельзя.

С понижением температуры водотерпимость смеси обычно уменьшается. Поэтому топливо, которое остаётся однородным при комнатной температуре, после охлаждения может расслоиться.

Почему технический спирт не равен готовому осушителю

Готовый осушитель топлива — это не просто изопропанол во флаконе. Его состав и дозировка рассчитаны на определённый объём бензина, а в рецептуру могут входить сорастворители, моющие компоненты и ингибиторы коррозии.

Технический изопропиловый спирт может содержать воду и другие примеси. Чем выше собственная влажность продукта, тем меньше его способность удерживать дополнительную воду в топливе.

Кроме того, при самостоятельном добавлении неизвестно, как спирт будет взаимодействовать с уже содержащимися в бензине кислородсодержащими компонентами и присадками. Поэтому долив технического продукта нельзя считать эквивалентом применения готового осушителя.

Что допускает стандарт

Для готового автомобильного бензина допускается содержание изопропанола до 10% по объёму. Одновременно действует ограничение по общей массовой доле кислорода — не более 2,7%.

Эти требования должны выполняться вместе. Если в бензине уже присутствуют другие кислородсодержащие компоненты, фактически допустимая доля изопропанола будет ниже.

Важно и другое: норматив относится к готовому товарному бензину, изготовленному по заданной рецептуре. Он не означает, что водитель может добавить 10% спирта в бак и получить топливо, соответствующее стандарту.

Основные риски самостоятельного добавления

При высокой концентрации изопропанола возможны:

• снижение энергетической ценности смеси;
• выход топливных коррекций за штатный диапазон;
• растворение и перенос старых загрязнений к фильтру и форсункам;
• фазовое расслоение при наличии воды или снижении температуры.

Особенно рискованна попытка растворить спиртом уже сформировавшийся водяной слой. В такой ситуации правильнее определить источник загрязнения и удалить воду из бака механически.

Итог

Изопропанол действительно повышает детонационную стойкость бензина. В эксперименте добавление 5% спирта увеличило ОЧИ на 1,1–1,2 пункта, а 10% — на 1,6–2,5 пункта. Прирост ОЧМ оказался меньше и составил максимум 1,3 пункта.

Одновременно изопропанол повышает водотерпимость топлива и способен удерживать небольшое количество влаги в однородной фазе. Но при избытке воды или охлаждении смесь может расслоиться с образованием нижнего водно-спиртового слоя.

Поэтому изопропанол можно рассматривать и как умеренный октаноповышающий компонент, и как основу профилактических осушителей. Однако лабораторные концентрации 5 и 10% нельзя воспринимать как готовый рецепт для самостоятельного применения.