Степень сжатия, компрессия и октановое число. Октановое число, степень сжатия и детонация двигателя Как определить по степени сжатия какой бензин
Степень сжатия, компрессия и октановое число
Для понимания принципов повышения мощности и эффективности двигателя внутреннего сгорания необходимо знать, что такое степень сжатия, компрессия и октановое число. Причем, не на уровне рассуждений, что 98-ой бензин более качественный чем 95-ый. Нужно понимать, что октановое число само по себе не самоцель, а лишь один из факторов достижения наилучших эксплуатационных характеристик ДВС. Прежде всего давайте сразу внесем ясность и оговорим, что компрессия и степень сжатия - это совершенно разные вещи. Степень сжатия - это отношение между максимальным объемом цилиндра...
И минимальным...
Или, другими словами, отношение полного объема цилиндра (то есть объема цилиндра плюс объема камеры сгорания) к объему одной лишь камеры сгорания... Поскольку это отношение, называемое степенью сжатия, грубо говоря, есть отношение объема, который занимает смесь при ее подаче в цилиндр, к объему, при котором смесь воспламеняется, то давление, при котором воспламеняется топливо, пропорционально этой величине. То есть чем больше степень сжатия, тем больше давление воспламеняемой смеси. Для лучшего понимания стоит отметить, что поскольку давление зависит не только от степени сжатия, но и от, например, давления на фазе впуска, то давление воспламеняемой смеси может быть меньше у двигателя с большей степенью сжатия. Как? Например, у турбированных двигателей степень сжатия обычно меньше чем у атмосферных (почему так делают - станет понятно ниже), при этом давление у них на всех фазах существенно выше, поскольку уже на впуск смесь подается в сжатом состоянии (в чем, собственно, и состоит их природа). Компрессия - это, кстати, давление в конце фазы сжатия. То есть она почти равна тому самому давлению воспламеняемой смеси. Почему почти? Потому что смесь воспламеняется всегда чуть позже или чуть раньше того момента, когда давление максимально... Это «почти» определяется углом зажигания, о котором мы, правда, сегодня говорить не будем. Достаточно лишь отметить, что он также нужен для борьбы с детонацией, о которой ниже. Возвращаясь к степени сжатия, посмотрим, почему же она нам важна в контексте эффективности и мощности двигателя. А вот почему. Работа в двигателе внутреннего сгорания совершается за счет расширения рабочего тела, в качестве которого в бензиновых двигателях выступает топливовоздушная смесь. Как в школе учили: горящая смесь расширяется, толкая при этом поршень, поступательное движение которого превращается во вращательное движение коленвала. Соответственно, при большей степени сжатия ход поршня, в рамках которого смесь может реализовать свой энергетический потенциал, оказывается больше, а следовательно совершается больше полезной работы. На самом деле это лишь один из факторов, все вместе же они определяют термический КПД - показатель эффективности расширения рабочего тела в момент сгорания. Для него даже формула есть: Термический КПД = 1 - (1 / степень сжатия) ^ гамма - 1 Где гамма - значения некоей дискретной функции, зависящей от температуры, давления и объема воспламеняемой смеси. Проще говоря, набор констант. Итак мы видим, что чем больше степень сжатия, тем больше термический КПД. Также понятно, что это некоторое упрощение, поскольку для получения его максимального значения нужно подбирать массу параметров, где степень сжатия лишь один из многих, хоть и важный. Как говорил владелец одного из автосервисов: «Не зря двигатели придумывают люди с двумя высшими образованиями». И правда, не зря. Ну здорово, вроде разобрались: чем больше степень сжатия, тем лучше. Так давайте просто избавимся от камеры сгорания, подняв степень сжатия до небес, и будет нам счастье. А счастья не будет, и вот почему. Дело в том, что при повышении давления и температуры возникает два неприятных явления: детонация и преждевременное воспламенение. Для того, чтобы в полной мере их понять, нужно осознать один удивительный факт: топливная смесь в ДВС не взрывается - она горит. Причем та самая гамма, которую мы упоминали выше, зависит и от скорости горения и от формы фронта воспламенения и от температуры пламени. Скорость горения должна соответствовать скорости движения поршня. Фронт воспламенения должен быть однородным и распространяться ровно по ходу поступательного движения. Чем меньше температура горения, тем меньше потери на тепловыделение. Это все упрощенные заявления, но общую суть явлений передают. Вернемся к детонации и преждевременному воспламенению. Преждевременное воспламенение происходит, когда при увеличении давления в смеси она самопроизвольно воспламеняется. При этом получается, что часть работы затрачивается не на то, чтобы толкать поршень, а на то чтобы помешать завершить ему ход фазы сжатия, а та энергия расширения, которая еще останется (если останется), будет использована крайне неэффективно из-за нерасчетного профиля фронта горения. Детонация же - это еще более неприятный эффект, когда воспламененная смесь взрывается. То есть после короткого момента, когда горение распространяется со скоростью, измеряемой десятками сантиметров в секунду, она вдруг увеличивается в разы. Происходит это под влиянием и температуры и давления, а сам эффект обеспечивается наличием определенного количества одного из продуктов горения. Эффекты от детонации: вместо фронта горения получаем ударную волну (в принципе то же самое, но только в разы больше скорость и температура), как следствие - резкое падение термического КПД и ударные нагрузки на поршневую группу. А теперь на секундочку представьте, что происходит, если детонация возникает не после поджига смеси свечой, а после самовоспламенения - все то же самое, но только против хода поршня. Вот и получается, что степень сжатия можно увеличивать только до тех пор, пока не начнут проявляться описанные эффекты. И тут мы приходим к следующему понятию - октановому числу. Оказывается, у разных видов топлива стойкость к преждевременному воспламенению и детонации различается (все вместе это называют детонационной стойкостью). Октановое число как раз и является показателем этой стойкости. Чем оно выше, тем выше и стойкость. Важно при этом отметить, что в большинстве случаев количество энергии, которую можно высвободить из литра топлива, от октанового числа не зависит. Но давайте от теоретических моментов, которыми можно заполнить несколько томов, обратимся к вопросам практическим и рассмотрим описываемые явления через призму повседневности. Первый распространенный вопрос: прогорят ли клапаны, если залить бензин с большим октановым числом? Действительно, в некоторых случаях использование бензина с большим октановым числом может привести к прогоранию выпускных клапанов:
При этом считается, что происходит это из-за большей температуры горения смеси с более высоким октановым числом. На самом деле все наоборот. Топливо с большим октановым числом обычно горит с меньшей температурой и медленнее. Из-за скорости горения ниже расчетной может получиться так, что на фазе выпуска через клапан вместо отработанных газов будет выпущена еще горящая смесь. Горящая смесь может оказаться и в выпускном коллекторе - тогда пострадает и он. На практике же конструкция многих двигателей позволяет реализовать потенциал топлива с более высоким октановым числом без ущерба для ресурса. В любом случае, если вы льете бензин, отличный от рекомендованного производителем, вы должны четко понимать физику работы именно вашего мотора - тому, что говорят в сервисах, верить можно далеко не всегда. Вопрос номер два: почему при использовании бензина с большим октановым числом на свечах образуется нагар? Первая причина является следствием того, что в России высокооктановые бензины получают исключительно методом добавления присадок. При этом часто получается так, что для получения 95-ого бензина присадки используются менее качественные, чем для 98-ого. Так что заправившись 95-ым после 92-ого можно получить более ровную работу мотора и нагар на свечах в одном флаконе. Понятно, что тут все зависит от конкретной АЗС. Вторая причина - угол опережения зажигания. Если в вашем двигателе нет системы, которая автоматически регулирует угол зажигания, то залив высокооктановое топливо можно опять же загадить свечи и потерять часть мощности. Как упоминалось выше, высокооктановое топливо горит медленнее, а следовательно для правильного и полного сгорания смеси ее поджиг должен осуществляться раньше.
Ещё о степени сжатия и детонации
В такте сжатия температура рабочей смеси повышается, достигая в конце его 350°. При увеличении степени сжатия в цилиндре возрастает давление и температура сжатой рабочей смеси, т. е. создаются благоприятные условия для возникновения детонации. Степень сжатия для двигателей различных мотоциклов неодинакова. В зависимости от ее величины необходимо подбирать соответствующее по качеству топливо. Как показывает практика, увеличение степени сжатия способствует лучшему использованию тепла при сгорании рабочей смеси, а в связи с этим увеличивается мощность двигателя и уменьшается расход топлива (до появления детонации). По мере развития техники наблюдается постепенное увеличение степени сжатия в двигателях и улучшаются антидетонационные качества топлива. Стойкость топлива по отношению к детонации определяется по октановому числу. С увеличением октанового числа топлива допускается более высокая степень сжатия двигателя. Октановое число является условным и определяется путем сравнения данного топлива с эталонным при испытаниях в лаборатории на специальной установке. Для повышения октанового числа бензина к нему добавляют антидетонаторы, в качестве которых чаще всего применяют бензол и тетраэтиловый свинец. Тетраэтиловый свинец приготовляют в виде специальной этиловой жидкости, которую добавляют к бензину в небольшом количестве (1- 3 см3 на 1 л бензина). Бензин с примесью этиловой жидкости называется этилированным. По ГОСТ 2084-48 две марки автомобильных бензинов А-66 и А-70 этилированны жидкостью Р-9 и имеют октановые числа: первый -66 и второй -70. Тетраэтиловый свинец и этиловая жидкость - сильно действующие яды, следовательно, этилированный бензин также ядовит. У двигателей спортивных и гоночных мотоциклов степень сжатия выше, чем у двигателей дорожных мотоциклов, поэтому при их эксплуатации иногда требуется повысить октановое число бензина. Это можно сделать путем добавления к бензину этиловой жидкости, однако следует учесть, что прибавка первых 3 см9 этиловой жидкости на 1 л топлива увеличивает октановое число в среднем на 12 единиц, а дальнейшее добавление ее уже не дает такого результата; добавление же более 4 см3 на 1 л бензина нецелесообразно. Хорошими антидетонационными свойствами обладает бензол в смеси его с бензином и смесь спирта с бензолом и бензином, а также чистый спирт. Эти виды топлива часто применяют для спортивных целей. Для двигателей дорожных мотоциклов применяют автомобильные бензины. Авиационные бензины применяются преимущественно для спортивных целей, они отличаются от автомобильных фракционным составом, содержат части, испаряющиеся при более низкой температуре, и более высокими октановыми числами, что допускает применение этих бензинов в двигателях с высокой степенью сжатия.
Детонация и антидетонационные свойства топлива
Стойкость топлива против детонации является одним из важнейших свойств, от которого зависит мощность и экономичность двигателя. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется и при нормальных условиях работы двигателя горит со скоростью распространения пламени 25-30 м/сек. Однако в ряде случаев скорость сгорания рабочей смеси резко возрастает, достигая 2000 ж/се/с, т. е. вместо нормального сгорания происходит взрыв. Такое сгорание со скоростью взрыва носит название детонации. При возникновении детонации нормальная работа двигателя нарушается, появляются частые резкие металлические стуки, повышается температура деталей двигателя - цилиндра, клапанов, поршня и др., появляется черный дым из глушителя и падает мощность. При длительной работе двигателя с детонацией может произойти поломка отдельных его деталей. При появлении детонации повышается температура поршня, цилиндра, клапанов, свечи, в результате чего рабочая смесь начинает воспламеняться уже не от искры, а преждевременно, от перегревшихся деталей, что способствует снижению мощности двигателя и большому износу деталей. В разобранном случае преждевременная вспышка сопутствует детонации, однако она может возникнуть и независимо от нее, например от раскаленного нагара и в силу других обстоятельств. Преждевременная вспышка отличается от детонации тем, что скорость сгорания рабочей смеси в этом случае такая же, как при воспламенении от искры, но воспламенение происходит раньше, чем это необходимо, при этом также падает мощность двигателя, повышается температура и появляются стуки. В условиях эксплуатации появлению детонации способствуют следующие причины: 1) несоответствие качества топлива данному двигателю; 2) большое опережение зажигания; 3) высокая температура цилиндра, поршня, клапанов; 4) раскаленный нагар на днище поршня и внутренней поверхности головки цилиндра.
Ноя 1 2014
Степень сжатия двигателя, компрессия и октановое число
Понятие «степень сжатия» относится к поршневым двигателям, у которых есть камера сгорания. Под этим термином понимают отношение объема пространства над поршнем в момент, когда он находится в нижней мертвой точке к объему надпоршневого пространства в верхней мертвой точке.
Иными словами, это выраженная математически разница в давлении внутри камеры сгорания на момент подачи горючей смеси в цилиндр, и на момент ее воспламенения.
Вокруг этого термина очень много недоразумений и мифов. Чтобы понять, что истина, и что ложь, стоит разобраться, почему у разных двигателей этот параметр отличается, и какие преимущества дает низкая или высокая степень сжатия.
Преимущества высокой степени сжатия
Двигатель внутреннего сгорания работает за счет воспламенения смеси воздуха и паров топлива. При воспламенении смесь расширяется и толкает поршень, который вращает коленвал. При большей степени сжатия интенсивность давления на поршень увеличивается, и зак один такт двигатель совершает больше полезной работы.
Отсутствие детонации в дизельных двигателях объясняется просто: в камере сгорания сначала сжимается чистый воздух, а топливо впрыскивается позже.
При этом подразумевается, что количество бензина в топливо-воздушной смеси остается неизменным, и за счет большего количества воздуха оно сгорает с более высоким КПД.
На современном этапе конструирования легковых автомобилей применение двигателей с низкой степенью сжатия практически прекратилось. Несмотря на то, что в них допустимо использовать низкооктановый и недорогой бензин А-80, их популярность равна нулю.
Дело в том, что современные потребители стремятся приобретать автомобили с большим количеством «лошадей под капотом», а с двигателей, рассчитанных на низкооктановый бензин (например, двигателя УАЗ 469, (который, правда, с измененной степенью сжатия и рядом модернизаций устанавливается в УАЗ Hunter), снять большую мощность невозможно по конструктивным причинам.
Можно ли изменить степень сжатия?
Увеличить степень сжатия можно, уменьшив объем камеры сгорания, но при модернизации уже имеющегося двигателя инженерам приходится постоянно искать компромисс между эффективностью и безопасностью. Дело в том, что, увеличение степени сжатия ведет к понижению детонационного порога.
Если увеличить степень сжатия слишком сильно, можно столкнуться с тем, что имеющимися средствами предотвратить возникновение детонации не получится. Иными словами, порой разработать (или поставить от другого, более мощного автомобиля) новый двигатель легче, чем модернизировать старый.
Для современных двигателей характерна высокая степен сжатия. В подавляющем большинстве случаев в них используется бензин с октановым числом не ниже 95 или даже 98.
Один из вариантов изменения степени сжатия, доступный частным тюнерам – фрезеровка головки блока цилиндров. После «укорачивания» ГБЦ объем камеры сгорания уменьшается.
Степень сжатия в этом случае увеличится. Есть и обратная сторона такой манипуляции (кстати, официально ее называют форсированием) уменьшится общий объем горючей смеси, сгорающей в цилиндре за один цикл.
Степень сжатия или компрессия?
Степень сжатия часто путают с понятием «компрессия». Это не одно и то же. Компрессией называют максимальное давление в цилиндре при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней.
Компрессия измеряется в атмосферах, а степень сжатия имеет вид математического отношения, например, 10:1 (десять к одному).
Преждевременное воспламенение и детонация
Смесь, поступающая в камеру сгорания, должна не взрываться, а гореть, причем, равномерно, и на протяжении всего отрезка времени, пока поршень движется вниз.
При этом условии энергия расходуется максимально эффективно, а детали поршневой группы изнашиваются равномерно и не перегреваются. Сложность заключается в том, что скорость горения смеси обычно гораздо быстрее скорости движения поршня.
В связи с этим и возникает основная проблема, встающая на пути тех, кто задался целью увеличить степень сжатия. При увеличении давления смесь самопроизвольно возгорается.
Это явление называется преждевременным воспламенением. Более того, возгорание смеси происходит, когда поршень еще только завершает фазу сжатия. В этом случае энергия сгорающего топлива создает дополнительное сопротивление и растрачивается на выполнение бесполезного действия.
Вторая проблема: выделение чрезмерного количества энергии. Проще говоря – взрыв. Явление это в теории двигателестроения называется детонацей и имеет крайне негативные последствия.
Таким образом, увеличение степени сжатия может сыграть с владельцем двигателя злую шутку. Чтобы избежать неприятных последствий, стоит ознакомиться с таким понятием, как октановое число.
Что такое октановое число и на что оно влияет?
Бензин, который используется для работы ДВС, отличается стойкостью к детонации и самовоспламенению. Для обозначения уровня этой стойкости вводится понятие «октановое число».
Детонация возникает только в камере сгорания бензинового двигателя. Сжигание дизельного топлива требует большей степени сжатия, и воспламеняется оно «само собой» разогреваясь под воздействием давления и соприкасаясь с раскаленными металлическими деталями.
Казалось бы, все условия для возникновения созданы, но благодаря некоторым особенностям дизельного двигателя он полностью защищен от этого вредного явления.
Важный факт – октановое число бензина не влияет на количество энергии, которое выделяет топливо при сгорании. Иными словами, думать, что заливая в двигатель бензин с более высоким октановым числом, вы повышаете его мощность, ошибочно.
Все очень просто: при высоком значении степени сжатия необходимо использовать топливо с большим октановым числом.
Последствия использования топлива с несоответствующим октановым числом
Стоит обратить внимание, что при несоответствии используемого топлива требованиям завода-изготовителя, могут возникнуть следующие проблемы:
— При использовании топлива с большим октановым числом возможно прогорание выпускных клапанов. Происходит это потому, что бензин с большим октановым числом горит с меньшей температурой и медленнее. Соответственно, при его использовании, на фазе выпуска вместо отработанных газов через выпускные клапана вылетает горящая смесь.
— При использовании топлива с высоким октановым числом на свечах возможно образование нагара. Причины все те же: скорость горения может не совпадать с циклами хода поршня.
— При использовании топлива с низким октановым числом блок управления двигателем (или октан-корректор распределителя) не сможет установить угол опережения зажигания, исключающий детонацию.
Альтернативный способ изменения степени сжатия
В современной практике разработки двигателей активно применяется альтернативный способ динамического изменения степени сжатия – установка турбонагнетателя.
Он помогает увеличить давление в камере сгорания, не изменяя при этом ее физического объема. Принцип работы нагнетателя заключается в том, что в камеру сгорания под давлением поступает больше воздуха за единицу времени.
В результате степень сжатия меняется постоянно, реагируя на увеличение и уменьшение нагрузки на двигатель. Этот процесс происходит под контролем электроники, которая оперативно изменяет условия воспламенения топливо-воздушной смеси.
В результате всех перечисленных выше негативных факторов, связанных с изменением давления в камере сгорания, удается избежать.
В Объединенных Арабских Эмиратах крайней популярностью пользуются гонки на дизельных внедорожниках. Для увеличения степени сжатия и мощности используются турбины максимальной производительности
Поклонники тюнинга восприняли применение турбонагнетателей как более гибкий и управляемый способ увеличения мощности двигателя.
Можно сказать, что приобретение турбо-кита (набора деталей, предназначенных для установки турбонаддува на конкретный двигатель), гораздо более распространена по сравнению с форсированием. Нагнетатели разных типов успешно используются и при необходимости увеличить эффективность работы дизельного двигателя.
Всем известно, что в бензиновых поршневых двигателях внутреннего сгорания топливовоздушная смесь перед воспламенением сжимается. Аналогичный такт работы дизелей отличаются лишь тем, что сжимается воздух без топлива. Одной из важнейших характеристик обоих ДВС является степень сжатия. Она показывает, во сколько раз изменяется объем пространства над днищем поршня при прохождении его от нижней мертвой точки до верхней.
Иногда этот показатель путают с компрессией, несмотря на то что разница между ними огромна. Ведь упомянутые выше характеристики, хоть и связаны между собой, по сути, совершенно различны. На что указывает даже их размерность. Степень сжатия – это соотношение, например, 10:1 или просто 10 и не имеет единиц измерения. То есть измеряется в «разах». Компрессия же показывает максимальное давление смеси в цилиндре перед воспламенением и измеряется в кг/см2. Так, компрессия ДВС, имеющего степень сжатия 10:1, должна быть не более 15,8 кг/см2. Сказать, что такое степень сжатия, можно и иначе. Это отношение объема над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке к объему камеры сгорания. Камерой сгорания называется пространство над поршнем, достигшим верхней мертвой точки.
Расчет коэффициента сжатия
Вычислить степень сжатия ДВС можно, если выполнить расчет по формуле ξ = (Vр + Vс)/ Vс; где Vр – рабочий объем цилиндра, Vс – объем камеры сгорания. Из формулы видно, что степень сжатия можно сделать больше, уменьшив, объем камеры сгорания. Или увеличив, рабочий объем цилиндра, не изменяя камеры сгорания. Vр намного больше чем Vс. Поэтому можно считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему и находится в обратной зависимости от объема камеры сгорания.
Рабочий объем цилиндра можно посчитать, зная диаметр цилиндра – D и ход поршня – S. Формула для его вычисления выглядит так: Vр = (π*D2/4)* S.
Объем камеры сгорания из-за ее сложной формы обычно не вычисляют, а измеряют. Сделать это можно залив в нее жидкость. Определить объем, поместившийся в камеру жидкости, можно при помощи мерной посуды или весов. Для взвешивания удобно использовать воду, так как ее удельный вес 1г на см3. Значит, ее вес в граммах покажет и объем в куб. см.
Влияние коэффициента сжатия на характеристики мотора
Чем выше степень сжатия, тем больше компрессия ДВС и его мощность (при прочих равных условиях). Повышая степень сжатия, мы также способствуем увеличению КПД двигателя за счет снижения удельного расхода топлива. Степень сжатия ДВС, определяет октановое число используемого для работы мотора бензина. Так, низкооктановое топливо станет причиной детонации мотора с большим значением этого коэффициента. Чрезмерно высокое октановое число топлива не позволит силовому агрегату, компрессия которого невысока, развивать полную мощность.
Исходные данные
Октановое число топлива, используемого для бензиновых двигателей с различной степенью сжатия.
Выравнивание плоскости сопряжения головки с блоком срезанием слоя металла приводит к уменьшению камеры сгорания мотора. От этого показатель сжатия увеличивается в среднем на 0,1 при уменьшении толщины головки на 0,25 мм. Имея в своем распоряжении эти данные, можно определить, не превысит ли он после ремонта головки блока допустимые пределы. И не следует ли принять меры для его снижения. Опыт показывает, что при удалении слоя менее 0,3 мм последствия можно не компенсировать.
Для чего бывает нужно изменить коэффициент сжатия
Необходимость изменения этого параметра ДВС возникает довольно редко. Можно перечислить всего несколько причин, побуждающих сделать такое.
Как можно изменить показатель сжатия
Методы увеличения:
- Расточка цилиндров и установка поршней большего размера.
- Уменьшение объема камер сгорания. Выполняется за счет удаления слоя металла со стороны плоскости сопряжения головки с блоком. Эту операцию из-за мягкости алюминия лучше делать на фрезерном или на строгальном станке. Шлифовальный станок использовать не следует, так как его камень будет постоянно забиваться пластичным металлом.
Способы снижения:
- Снятие слоя металла с днища поршня (делается это обычно на токарном станке).
- Установка между головкой и блоком цилиндров дюралюминиевой проставки между двумя прокладками.
Взаимосвязь коэффициента сжатия и компрессии
Зная значение коэффициента сжатия, можно рассчитать какая компрессия должна быть в двигателе. Однако, обратная оценка не будет соответствовать действительности. Так как компрессия зависит еще и от изношенности деталей цилиндр-поршневой группы и газораспределительного механизма. Низкая компрессия двигателя часто говорит о значительном износе мотора и необходимости его ремонта, а не о малом коэффициенте сжатия.
Турбированные моторы
В цилиндры двигателя, имеющего турбонаддув, воздух нагнетается компрессором под давлением несколько больше атмосферного. Значит, для определения показателя сжатия такого мотора нужно значение, которое вы получите в результате расчета по формуле, умножить на коэффициент турбокомпрессора. Бензиновые двигатели с турбонаддувом работают на топливе с октановым числом выше, чем у бензина, который потребляют такие же моторы без турбин, именно потому, что их коэффициент ξ больше.
Октановое число бензина - это показатель его устойчивости к детонации. Чем выше октановое число, тем дольше бензин не воспламеняется при сжатии, тем сильнее можно его сжать. Другими словами, если из топлива нужно выжать больше энергии, то в камере сгорания топливовоздушную смесь нужно сильнее сжать, а от этого она может взрывоподобно самовоспламеняться. Поэтому для двигателей с высокой степенью сжатия применяются бензины, способные выдерживать большое сжатие, при этом не взрываясь. Достигается это за счет введения в бензин на нефтеперерабатывающих заводах специальных присадок.
Как влияет октановое число топлива на его расход?
Для примера возьмем условный двигатель одного условного современного автомобиля. Степень сжатия топлива в данном двигателе не зависит от вида применяемого топлива, это характеристика, которая связана только с геометрическими параметрами. На расход топлива может влиять лишь энергия топлива, выделяемая при его сгорании. А есть ли отличия в энергии сгорания бензина с октановым числом 95 от энергии сгорания 92-го бензина? Принятая удельная теплота сгорания бензина составляет от 42 до 44 мДж/кг. Если даже предположить, что 42 мДж/кг относится к 92-му бензину, а 44 мДж/кг для 95-го, то все равно прироста мощности даже в 10 % никак не получится.
Для нашего условного двигателя между бензинами разница следующая: в том случае если степень сжатия у двигателя 6 - 8:1, то для его топлива будет вполне хватать октанового числа 76-80 — в цилиндрах не будет детонации, однако если тот же бензин с октановым числом 80 залить в наш условный двигатель, степень сжатия у которого 8 — 9:1, то такой бензин начнет детонировать (самовоспламеняться взрывоподобным образом) раньше, чем искра свечи зажигание подожжет его, а пользы от этого двигатель не получит. При нормальной работе двигателя бензин внутри цилиндра не должен взрываться, он должен «мягко» сгорать. Если же в этот двигатель налить бензин с октановым числом 98, то детонировать он не будет точно, зато вместо этого после поджига он будет медленнее гореть, т. к. рассчитан под большее высокую степень сжатия и поэтому не полностью будет сгорать в камере сгорания. Кстати от этого раньше на старых автомобилях прогорали клапана. В современных двигателях к счастью есть «мозги», позволяющие ему решать самостоятельно, в какой момент поджигать в цилиндре топливо, поэтому в современных автомобилях в обоих случаях топливо будет поджигаться раньше, чем если бы в качестве топлива применялся «родной» 92-95 бензин.
В том случае если применяется бензин с пониженным октановым числом, то это вызывает слишком раннее его сгорание, увеличивается расход, а двигатель откровенно «тупит». В случае применения бензина с повышенным октановым числом из-за увеличенного времени сгорания топлива просто снижается КПД двигателя с потерей его мощности, при этом расход возрастает не критично.
Отвечая на вопрос о влиянии октанового числа на расход можно сказать так: если октановое число ниже расчетного, то расход увеличится, если же выше — то не снизится как минимум. Если двигатель рассчитан под 95-й бензин, то при работе на 92-м его расход увеличится. Если же лить 95-й бензин в двигатель рассчитанный под 92-й, то не будет никаких преимуществ.
Некоторые автопроизводители для привлечения покупателей прибегают к маркетинговым уловкам, заявляя заниженное октановое число в требованиях к применяемому топливу. Поэтому чтобы иметь представление, есть ли смысл заливать более дорогой бензин следует обращать внимание на степень сжатия двигателя.
Определение октанового числа бензина.
Определить примерное октановое число бензина можно с помощью специализированного прибора - октанометром, который имеет погрешность в 5-10 единиц. Проще говоря, без лабораторного исследования проверить качество бензина не представляется возможным.
В лабораторных условиях существует два метода определения октанового числа — исследовательский и моторный. При исследовательском методе производится исследование топлива по отношению к эталонному. При моторном методе применяется специальный одноцилиндровый ДВС со специальной конструкцией головки блока цилиндров, которая позволяет находу изменять степень сжатия.
В США понятие октанового числа заменено так называемым октановым индексом, который представляет из себя среднеарифметическую составляющую октановых чисел, которые получены по исследовательскому и моторному методу для данного вида топлива. В Японии же для обозначения марки бензина используется только исследовательский метод. Именно исследовательский метод используется при декларировании октанового числа бензина и на наших АЗС.
Думаю, многие задаются этим вопросом на просторах бескрайних российских дорог. Какой все же бензин лучше лить в своего железного коня 92 или 95? Есть ли между ними критическая разница, и что будет, если вместо 95 использовать 92 бензин? Ведь он дешевле примерно на 5 – 10%, а соответственно с каждого бака будет идти реально экономия! НО стоит ли так поступать и не опасно ли это для вашего силового агрегата, разберем по полочкам, будет видеоверсия и голосование в конце.
В самом начале я предлагаю подумать, что такое эти цифры, 80, 92, 95, а в советские времена еще и 93? Никогда не задумывались? Тут все просто это октановое число. А тогда что это такое? Читаем дальше.
Октановое число бензина
Октановое число бензина – это показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива, то есть величина способности топлива противостоять самовоспламенению при сжатии для двигателей внутреннего сгорания. То есть простыми словами, чем выше «октановый уровень» топлива, тем меньше вероятность самовоспламенения топлива при сжатии. При таком исследовании разграничивают уровни топлива по этому показателю. Исследования проводятся на одноцилиндровой установке с переменным уровнем сжатия топлива (называются они УИТ-65 или УИТ-85).
Работают установки при 600 об/мин, воздух и смесь 52 градуса Цельсия, и угол опережения зажигания составляет около 13 градусов. После таких испытаний выводят ОЧИ (октановое число исследовательское). Это исследование должно показать, как будет вести себя бензин при минимальных и средних нагрузках.
При максимальных нагрузках на топливо, существует другой эксперимент, который выводит (ОЧМ - октановое число моторное). Испытания проводятся на этой, одноцилиндровой, установке, только обороты 900 об/мин, температура воздуха и смеси 149 градусов Цельсия. ОЧМ имеет более низкое значение, чем ОЧИ. При эксперименте выводят уровень максимальных нагрузок, например при дроссельном ускорении или при движении в гору.
Теперь я думаю, хоть чуть стало понятно, что это такое. И как его определяют.
Теперь давайте вернемся к выбору - 92 или 95. Любой вид будь 92 или 95, и даже 80. При его переработке на заводе не имеет такое, конечное, октановое число. При прямой перегонки нефти, получается всего 42 – 58. То есть очень низкого качества. «Как же так» - спросите вы? Неужели нельзя перегонять сразу с высоким показателем? Можно, но это стоит очень дорого. Литр такого топлива стоил бы в несколько раз дороже существующих сейчас на рынке. Выработка такого топлива называется каталитический риформинг. Производят таким способом всего 40 – 50 % от общей массы и в основном в западных странах. В России таким способом производят гораздо меньше бензина. Вторая технология производства, которая менее затратная - называется каталитический крекинг или гидрокрекинг. Бензин при такой обработке имеет октановое число всего 82-85. Для того чтобы его привести в нужный показатель, в него нужно добавить специальные присадки.
Присадки в бензин
1) Присадки, основанные на металлосодержащих составах. Например, на тетраэтилсвинце. Условно их называют этилированные бензины. Очень эффективные, заставляют топливо работать, на всю, как говорится. Но и очень вредные. Как видно из названия тетраэтилсвинец, в составе есть метал – «свинец». При сгорании образует газообразные соединения свинца в воздухе, который очень вреден, оседает в легких, развивая сложные болезни, например «РАК». Поэтому такие типы сейчас запрещены во всем мире. В СССР существовала марка АИ – 93, он то, как раз базировался на тетраэтилсвинце. Условно можно назвать это топливо устаревшим и вредным.
2) Более совершенные и безопасные основаны на ферроцене, никеле, марганце, но чаще всего применяют монометиланилин (ММНА), его октановое число достигает 278 пунктов. Эти присадки напрямую смешивают с бензином, доводя смесь до нужной консистенции. Но такие присадки также не идеальны, они образуют налет на поршнях, свечах, засоряют катализаторы и всевозможные датчики. Поэтому рано или поздно такое топливо закупорит двигатель, в прямом смысле слова.
3) Последние и самые совершенные - это эфиры и спирты. Самые экологические и не несут вред окружающей среде. Но есть и недостатки такого топлива, это низкое октановое число спиртов и эфиров, максимальное значение 120 пунктов. Поэтому в топливо требуется таких присадок довольно много около 10 – 20 %. Еще один недостаток, это агрессивность спиртовых и эфирных присадок, при большом содержании они быстрее разъедают резиновые и пластиковые патрубки и датчики. Поэтому такие присадки ограничивают в пределах 15 % от общего уровня топлива.
Степень сжатия и современный автомобиль
Собственно, почему я начал рассказывать с октанового числа и присадок, да потому что нужно учитывать самовоспламенения топлива или так называемую детонацию в современных агрегатах.
В дело в том, что производители чтобы увеличить мощность и снизить расход топлива, немного увеличивают степень сжатия в цилиндрах двигателя.
Вот немного полезной информации:
Для степени сжатия до 10,5 и ниже используют октановое число бензина АИ – 92 (не учитываем ТУРБО варианты моторов).
От отметки 10,5 до 12 – заливаем топливо не ниже АИ – 95!
Конечно, есть еще очень редкие бензины, такие как АИ – 102 и АИ – 109, для них степень сжатия 14 и 16 соответственно.
Так что же произойдет, В ТЕОРИИ, если мы зальем 92 бензин в мотор, который рассчитан на 95? ДА все просто, топливо от высокой степени сжатия будет самовоспламеняться, будут происходить «минивзрывы» - то есть будет проявляться разрушающий эффект детонации!
А чем опасна детонация? Да все просто, прогаром прокладки между головкой блока и самим блоком, разрушением колец (как компрессионных, так и маслосъемных), прогаром поршней и т.д.
НО это как я написал выше – ВСЕ ЭТО В ТЕОРИИ! ОСОБЕННО У НАС В РОССИИ! Почему я это говорю. Многие производители поняли - что качественного бензина (а сейчас говорим про 95 вариант), найти если можно – ТО ОЧЕНЬ СЛОЖНО, даже в столичных регионах (я уже молчу о небольших городах). Зачастую бензин «бадяжат» так что октанового числа в 95 достичь нереально. Помню пару лет назад, читал статью с экспериментом - где в столице брали пробы с большого количества заправок, и только в 20 – 25% случаев бензин приближался к нормам, остальные были далеки от цифры 95 и даже 92. Только вдумайтесь! А как вы проверите качество сами? Правильно – НИКАК.
Так если залить такое некачественное топливо движок сразу накроется? Сразу? Не совсем так. Машины сейчас умные, и именно чтобы ваш мотор не пошел «в разнос» был придуман датчик детонации, он позволяет мотору работать с другим октановым числом. Он следит за механическими колебаниями блока двигателя, преобразует их в электрические импульсы и постоянно посылает их в ЭБУ.
Если импульсы «выходят за рамки нормального состояния», то ЭБУ принимает решение о корректировании угла зажигания и качестве топливной смеси. Таким образом, современный мотор, рассчитанный на 95 бензин будет, спокойно работать даже на 92.
Однако! Такая работа будет успешной на низких и средних оборотах, на высоких оборотах (почти максимум), датчик детонации работает не так эффективно, поэтому «жарить» на низкооктановой смеси НЕЖЕЛАТЕЛЬНО!
Давайте подведем итог.
Что будет если залить 92 вместо 95?
По сути, разница между 92 и 95 бензином минимальна, всего «3 числа». Если выбудете заправляться в компании, которая вам гарантирует именно «жесткие показатели» то есть «92 это 92», а «95 это 95» и ВЫ В ЭТОМ БУДЕТЕ УВЕРЕНЫ. То разница будет проявлять для вашего мотора скорее на высоких оборотах, и не в значительной (до 2 - 3 %) потери мощности, также на этот процент вырастит расход топлива.
И что самое интересное, если вы не часто раскручиваете свой силовой агрегат до 5000 – 7000 оборотов, а передвигаетесь с 2000 до 4000, то 92 не доставит вам каких-либо негативных моментов. Все же электроника все отрегулирует сама.
Предрассудки - что могут прогореть клапана, такого нет. Прогорание клапанов, было характерно для этилированных типов, которые имели металлические присадки. Высокооктановые этилированные бензины могли нанести вред двигателю, настроенному на использование АИ-76 (причем у него не было электронной коррекции угла зажигания и впрыска топлива). Но сейчас такой опасности просто нет, потому что такое топливо уже давно запрещено.
НО В ИДЕАЛЕ! Нужно заправлять именно таким топливом, который рекомендует ваш изготовитель. Ведь если вдруг новый мотор, накроется, и выяснится что поломка связана с бензином, то вы попадаете на очень дорогостоящий ремонт, ПРИЧЕМ ЗА СВОЙ СЧЕТ. Экономия в 10% на бензине вам «вылезет боком».
Какой конечный итог хочется вывести – каждому свое, если ваш мотор не рассчитан на 92-й, тогда не стоит его лить! Все же это может быть чревато! Однако если зальете то современный двигатель, автоматом, отрегулирует углы зажигания и вы можете даже не почувствовать подмены топлива (ТО ЕСТЬ И НА 92-м можно ездить, не раскручивая свой мотор до максимума). Но если случится поломка, и гарантия выяснит что залито не то топливо, РЕМОНТ БУДЕТ ЗА ВАШ СЧЕТ! А это, точно, не стоит 2 – 3 рублей экономии с литра.
Сейчас подробная видео версия, смотрим.
