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.

Октановое число бензина - важный показатель. От него зависят эксплуатационные свойства топлива, динамические и другие характеристики автомобиля. Под данным понятием подразумевается мера стойкости к детонации (возгоранию) этого типа топлива. Существуют определенные стандарты для различных видов бензина. Различные типы двигателей рассчитаны на использование бензина с определенным октановым числом.

Что такое октановое число?

Октановое число подразумевает стойкость к воспламенению под воздействием сжатия. Данный показатель численно равен количеству изооктана в смеси с другим важным компонентом - н-гептаном. Существуют различные типы октанового числа. Определяются они разными способами:

• исследовательское октановое число;
• моторное октановое число.

Соответственно обозначаются данные показатели как ОЧИ и ОЧМ. Разница между ними представлена как чувствительность топлива. Если необходимо определить показатель в реальных условиях эксплуатации двигателя - используется показатель «фактическое октановое число». Оно определяется на специальном стенде, прямо в работающем двигателе.

Максимально приближено к реальному показателю «дорожное» октановое число. Измерение его осуществляется непосредственно на транспортном средстве. Сам изооктан достаточно проблематично воспламеняется даже при высоком показателе степени сжатия. Величина его октанового числа принята постоянной - она равна 100.

При этом сгорание н-гептана в случае невысоких показателей сжатия сопровождается стуками в двигателе. Величина его октанового числа принята на уровне 0. Для топлива с величиной октанового числа более 100 существует специализированная шкала. В него в зависимости от двигателя и условий эксплуатации добавляется специальный компонент - изооктан. Также может добавляться антидетонатор.

Использование бензина с неподходящим по параметрам двигателю октановым числом приводит к возникновению металлического звона. Появляется он из-за волн давления, создаваемых при чрезмерно быстром сгорании топлива, отражении от стенок поршня/цилиндров.

Повышение октанового числа бензина

Повышение октанового числа бензина возможно разными способами:

• путем сложного технологического процесса;
• добавлением специального антидетонатора.

Наиболее часто используется именно второй способ. Самыми распространенными антидетонаторами являются:

• различные добавки на основе спирта;
• тетраэтилсвинец.

Добавки на основе спирта

Одним из часто ранее применяемых методов является добавление спирта. Причем это мог быть как этиловый, так и метиловый. Например, если к бензину с октановым числом 92 добавить 1/10 часть этилового спирта, то его показатель стойкости к детонации увеличится до 95. Сопутствующим эффектом будет существенное снижение токсичности выхлопа.

Но важно помнить, что увеличение октанового числа таким способом приводит к быстрому возрастанию давления паров. Что может стать причиной возникновения паровых пробок в системе топливопровода.

К тому же спирт очень гигроскопичен. Необходимо применять специальные методы хранения подобного топлива, осуществлять контроль за количеством воды в смеси. Попадание её в двигатель может стать причиной серьезных поломок, необходимости дорогостоящего ремонта.

Тетраэтилсвинец

Данное вещество имеет химическую формулу Pb(C2H5)4. По своим характеристикам он является одним из самых эффективных антидетонаторов. Температура его закипания составляет целых 2000С, имеет высокий показатель вязкости. Начал использоваться в рассматриваемом качестве ещё в 1921 году. Сегодня является наиболее часто используемым. Данное вещество позволяет повысить показатель октанового числа на целых 17 пунктов.

При этом в чистом виде вещество не используется. Так как при сгорании его возникает оксид свинца. В процессе эксплуатации двигателя он оседает почти на всех его внутренних элементах. Как следствие - возникновение нагара на клапанах, поршнях мотора и остальных.

Потому вместе с тетраэтилсвинцом обязательно добавляются специальные вещества, выводящие продукты оксида свинца. Таковыми компонентами являются:

• бромистый этил;
• дибромпропан;
• диромэтан.

Как понизить октановое число бензина

С недавнего времени с заправок исчез бензин с октановым числом 76 и 80. Но при этом большое количество техники, которая ещё на данный момент эксплуатируется, требует для своей нормальной работы именно такое топливо. Особенно часто возникают такие сложности с мотоблоками, выпущенными около 10 лет назад или же более. Приобретать новый - достаточно дорогостоящее мероприятие. Именно поэтому вопрос по поводу снижения октанового числа бензина очень актуален.

При заливке 92-го бензина вместо 80 или даже 76 двигатель обычно работает неровно, либо заводится и сразу глохнет. Потому прежде, чем использовать 92-ой, следует понизить его октановое число до приемлемого в конкретном случае. Существует несколько «народных» способов осуществить данную процедуру в домашних условиях:

• оставить канистру с бензином на открытом воздухе с незакрученной пробкой - каждый день величина октанового числа снижается на 0.5;
• использовать как добавку керосин - данный метод ранее использовался на старых автомобилях (достаточно сложно будет выбрать подходящие пропорции).

При этом прежде, чем использовать такой метод, необходимо будет обязательно измерить величину октанового числа.

Измерение октанового числа бензина

Процесс измерения октанового числа достаточно прост. В свободной продаже не составит найти октанометр - специальный прибор, определяющий величину октанового числа топлива. Важно лишь помнить, что данное устройство работает по принципу измерения диэлетрической проницаемости бензина. Так как имеется пропорциональная зависимость данного показателя от октанового числа. Необходимо будет составить специальную калибровочную зависимость - для определения точной величины.

Построение такой зависимости осуществляется с использованием н-гептана, а также топлива, величина октанового числа которого уже известна. Применяются моторные установки типа УИТ-65 и УИТ-85. Сам принцип измерения основывается на сравнении октановых (цетановых) чисел контрольного образца с образцами других бензинов. Аналогичным образом возможно определить также октановое число дизельного топлива.

Сегодня данный метод стало возможно использовать именно по причине того, что производится бензин путем использования не технологии прямой перегонки, а кампаудирования (смешивания). Хорошо иллюстрирует данный процесс обозначенный ниже рисунок.

Данный способ определения величины октанового числа бензина имеет определенные недостатки, о которых необходимо будет помнить. К таковым сегодня относятся следующие:

• невозможность осуществить анализ бензина неидентифицированного - так как сам процесс анализа производится методом сравнения;
• сложно определить различные внешние факторы на сам процесс измерения.

Сравнение всегда осуществляется на основании данных, которые уже заложены в специальном приборе. Путем использования сложного алгоритма делается вывод о соответствии измеряемого октанового числа с уже присутствующим в памяти прибора. Также невозможно было создать единую модель для бензинов, изготовленных различными способами (крекинг/риформинг/иные), а также разных видов. Для бензинов с разными октановыми числами необходимо изготавливать новые модели приборов.

Имеются следующие ограничения на использование модели рассматриваемого типа:

• осуществляется предварительная калибровка в соответствии с эталонными устройствами;
• температура должна соответствовать определенному диапазону, указанному в спецификации прибора.

Прибор для измерения октанового числа бензина и его приблизительная стоимость

Принцип работы у всех без исключения приборов, измеряющих величину октанового числа, является идентичным. На рынке присутствуют устройства как отечественного, так и зарубежного производства. Наиболее популярным и известным прибором данного типа, изготовленным в РФ, является ОКТИС. Стоимость его составляет порядка 3.5 тыс. рублей.

Более точный и надежный - Digatron. Цена его будет в 2-3 раза выше - порядка 700 евро за штуку. Именно он наиболее широко используется для решения рассматриваемых задач.

Часто применяется в картинге и других видах спорта. Принцип его действия достаточно прост. Производится два измерения - эталонного топлива и другого, чье октановое число необходимо измерить. Далее полученные данные попросту сравниваются.

При этом топлива разных производителей во всех без исключения случаях имеют отличия друг от друга. Соответственно, калибровочная зависимость диэлектрическая проницаемость - октановое число существенно различается. Потому требуется в каждом случае строить индивидуальные калибровки. В качестве стандарта обязательно применяется топливо конкретного производителя. Октановое число обязательно должно быть предварительно измерено на специальной установке.

Такими установками на территории РФ являются:

• УИТ-65;
• УИТ-85.

Одним из самых эффективных приборов для измерения октанового числа является ОКТАН-ИМ. Стоимость его составляет 40.8 тыс. рублей на 2016 год. Данный прибор обладает встроенной памятью и может вмещать в себя порядка 10 различных калибровок. Точность показаний устройства максимально высока. Наиболее сложным по устройству и эффективности является ОКТАНОМЕТР ПЭ-7300 М.

Стоимость его составляет порядка 50 тыс. рублей. Главным его отличием от более дешевых аналогов является наличие специализированного программного обеспечения. Возможно подключение к персональному компьютеру. При осуществлении расчетов можно учесть показатель температурного режима.

Существует определенная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры. Для примера ниже представлена таблица такой зависимости для бензина АИ-98:

Зарубежным дорогостоящим аналогом представленного выше оборудования для измерения октанового числа является SHATOX SX-100M. Стоимость его напрямую от производителя составляет порядка 1800 долларов. Главным и наиболее существенным отличием его от представленных выше устройств является наличие встроенного датчика измерения температуры. В свою очередь ПЭ-7300 определяет данный показатель лишь программно.

Степень сжатия и октановое число бензина: таблица

Сегодня для каждого типа бензина с определенным октановым числом устанавливается фиксированная степень сжатия. Данные показатели являются стандартными. Определены они в каждом случае специально разработанным ГОСТ. Все данные представлены в таблице ниже:

Присадка для повышения октанового числа бензина

В отличие от понижения октанового числа повышение данного показателя обычно какие-либо затруднения не вызывает. Существует множество специальных присадок, позволяющих манипулировать данным показателем. Величина такого повышения, а также иные параметры зависят именно от конкретного типа продукта.

Наиболее популярные сегодня присадки:

• «Октан Плюс» Octane Plus - повышение на 2-2.5 единиц;
• Lavr Next Octane Plus - повышение до 6 единиц;
• Astrohim Октан Плюс - повышение на 3-5 единиц.

Заключение

Величина октанового числа - важный показатель топлива.

Необходимо использовать бензин лишь с параметрами рекомендованными производителем. В противном случае велика вероятность возникновения самых разных проблем с двигателем.

Вплоть до его поломки и необходимости проведения капитального ремонта, замены клапанов, поршней. Существует несколько различных способов измерения октанового числа бензина. Для этих целей применяются специальные приборы.

Характеризуется рядом величин. Одна из них – степень сжатия двигателя. Важно не путать ее с компрессией – значением максимального давления в цилиндре мотора.

Что такое степень сжатия

Данная степень – это соотношение объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Иначе можно сказать, что значение компрессии – отношение объема свободного места над поршнем, когда тот находится в нижней мертвой точке, к аналогичному объему при нахождении поршня в верхней точке.

Выше упоминалось, что компрессия и степень сжатия – не синонимы. Различие касается и обозначений, если компрессию измеряют в атмосферах, степень сжатия записывается как некоторое отношение, например, 11:1, 10:1, и так далее. Поэтому нельзя точно сказать, в чем измеряют степень сжатия в двигателе – это «безразмерный» параметр, зависящий от других характеристик ДВС.

Условно степень сжатия можно описать также как разницу между давлением в камере при подаче смеси (или дизтоплива в случае с дизельными двигателями) и при воспламенении порции горючего. Данный показатель зависит от модели и типа двигателя и обусловлен его конструкцией. Степень сжатия может быть:

• высокой;
• низкой.

Расчет сжатия

Рассмотрим, как узнать степень сжатия двигателя.

Она вычисляется по формуле:

Здесь Vр означает рабочий объем отдельного цилиндра, а Vс – значение объема камеры сгорания. Формула показывает важность значения объема камеры: если его, например, снизить, то параметр сжатия станет больше. То же произойдет и в случае увеличения объема цилиндра.

Чтобы узнать рабочий объем, нужно знать диаметр цилиндра и ход поршня. Вычисляется показатель по формуле:

Здесь D – диаметр, а S – ход поршня.

Иллюстрация:

Поскольку камера сгорания имеет сложную форму, ее объем обычно измеряется методом заливания в нее жидкости. Узнав, сколько воды поместилось в камеру, можно определить и ее объем. Для определения удобно использовать именно воду из-за удельного веса в 1 грамм на куб. см – сколько залилось грамм, столько и «кубиков» в цилиндре.

Альтернативный способ, как определить степень сжатия двигателя – обратиться к документации на него.

На что влияет степень сжатия

Важно понимать, на что влияет степень сжатия двигателя: от нее прямо зависит компрессия и мощность. Если сделать сжатие больше, силовой агрегат получит больший КПД, поскольку уменьшится удельный расход горючего.

Степень сжатия бензинового двигателя определяет, горючее с каким октановым числом он будет потреблять. Если топливо низкооктановое, это приведет к неприятному явлению детонации, а слишком высокое октановое число вызовет нехватку мощности – двигатель с малой компрессией просто не сможет обеспечивать нужное сжатие.

Таблица основных соотношений степеней сжатия и рекомендуемых топлив для бензиновых ДВС:

Интересно: бензиновые турбированные двигатели функционируют на горючем с большим октановым числом, чем аналогичные ДВС без наддува, поэтому их степень сжатия выше.

Еще больше она у дизелей. Поскольку в дизельных ДВС развиваются высокие давления, данный параметр у них также будет выше. Оптимальная степень сжатия дизельного двигателя находится в пределах от 18:1 до 22:1, в зависимости от агрегата.

Изменение коэффициента сжатия

Зачем менять степень?

На практике такая необходимость возникает нечасто. Менять сжатие может понадобиться:

• при желании форсировать двигатель;
• если нужно приспособить силовой агрегат под работу на нестандартном для него бензине, с отличающимся от рекомендованного октановым числом. Так поступали, например, советские автовладельцы, поскольку комплектов для переоборудования машины на газ в продаже не встречалось, но желание сэкономить на бензине имелось;
• после неудачного ремонта, чтобы устранить последствия некорректного вмешательства. Это может быть тепловая деформация ГБЦ, после которой нужна фрезеровка. После того, как повысили степень сжатия двигателя снятием слоя металла, работа на изначально предназначенном для него бензине становится невозможной.

Иногда меняют степень сжатия при конвертации автомобилей для езды на метановом топливе. У метана октановое число – 120, что требует повышать сжатие для ряда бензиновых автомобилей, и понижать – для дизелей (СЖ находится в пределах 12-14).

Перевод дизеля на метан влияет на мощность и ведет к некоторой потере таковой, что можно компенсировать турбонаддувом. Турбированный двигатель требует дополнительного снижения степени сжатия. Может потребоваться доработка электрики и датчиков, замена форсунок дизельного мотора на свечи зажигания, новый комплект цилиндро-поршневой группы.

Форсирование двигателя

Чтобы снимать больше мощности или получить возможность ездить на более дешевых сортах топлива, ДВС можно форсировать путем изменения объема камеры сгорания.

Для получения дополнительной мощности двигатель следует форсировать, увеличивая степень сжатия.

Важно: заметный прирост по мощности будет лишь на том двигателе, который штатно работает с более низкой степенью сжатия. Так, например, если ДВС с показателем 9:1 тюнингован до 10:1, он выдаст больше дополнительных «лошадей», чем двигатель со стоковым параметром 12:1, форсированный до 13:1.

Возможные следующие методы, как увеличить степень сжатия двигателя:

• установка тонкой прокладки ГБЦ и доработка головки блока;
• расточка цилиндров.

Под доработкой ГБЦ подразумевают фрезеровку ее нижней части, соприкасающейся с самим блоком. ГБЦ становится короче, благодаря чему уменьшается объем камеры сгорания и растет степень сжатия. То же происходит и при монтаже более тонкой прокладки.

Важно: эти манипуляции могут также потребовать установки новых поршней с увеличенными клапанными выемками, поскольку в ряде случаев возникает риск встречи поршня и клапанов. В обязательном порядке настраиваются заново фазы газораспределения.

Расточка БЦ также ведет к установке новых поршней под соответствующий диаметр. В результате растет рабочий объем и становится больше степень сжатия.

Дефорсирование под низкооктановое топливо

Такая операция проводится, когда вопрос мощности вторичен, а основная задача – приспособить двигатель под другое горючее. Это делается путем снижения степени сжимания, что позволяет двигателю работать на малооктановом бензине без детонации. Кроме того, налицо и определенная финансовая экономия на стоимости горючего.

Интересно: подобное решение нередко используется для карбюраторных двигателей старых машин. Для современных инжекторных ДВС с электронным управлением дефорсирование крайне не рекомендуется.

Основной способ, как уменьшить степень сжатия двигателя – сделать прокладку ГБЦ более толстой. Для этого берут две стандартные прокладки, между которыми делают алюминиевую прокладку-вставку. В результате растет объем камеры сгорания и высота ГБЦ.

Некоторые интересные факты

Метанольные двигатели гоночных машин имеют сжатие более 15:1. Для сравнения, стандартных карбюраторный двигатель, потребляющий неэтилированный бензин, имеет сжатие максимум 1.1:1.

Из серийных образцов моторов на бензине со сжатием 14:1 на рынке присутствуют образцы от Mazda (серия Skyactiv-G), ставящиеся, например, на CX-5. Но их фактическая СЖ находится в пределах 12, поскольку в данных моторах задействован так называемый «цикл Аткинсона», когда смесь сжимается в 12 раз после позднего закрытия клапанов. Эффективность таких двигателей измеряется не по сжатию, а по степени расширения.

В середине XX века в мировом двигателестроении, особенно в США, наблюдалась тенденция к увеличению степени сжатия. Так, к 70-м основная масса образцов американского автопрома имела СЖ от 11 до 13:1. Но штатная работа таких ДВС требовала использования высокооктанового бензина, который в то время умели получать только процессом этилирования – добавлением тетраэтилсвинца, высокотоксичного компонента. Когда в 1970-х годах появились новые экологические стандарты, этилирование стали запрещать, и это привело к обратной тенденции – снижению СЖ в серийных образцах двигателей.

Современные двигатели имеют систему автоматической регуляции угла зажигания, которая позволяет ДВС работать на «неродном» топливе – например, 92 вместо 95, и наоборот. Система управления УОЗ помогает избежать детонации и других неприятных явлений. Если же ее нет, то, например, залив высокооктановый бензин двигатель, не рассчитанный на такое горючее, можно потерять в мощности и даже залить свечи, поскольку зажигание будет поздним. Ситуацию можно поправить ручным выставлением УОЗ по инструкции к конкретной модели автомобиля.

Начнем с азов

Октановое число - важный показатель качества бензина, характеризующий его антидетонационную стойкость. Детонация - это самопроизвольное, не зависящее от искры на свече зажигания, воспламенение рабочей смеси в цилиндре под воздействием температуры и давления, сопровождающееся ненормально быстрым ее сгоранием. Незначительная и краткая по времени детонация, возникающая, как правило, при резком увеличении нагрузки, особой угрозы не представляет, хоть и проявляется неприятными для слуха стуками и характерным «цоканьем», которое автомобилисты со стажем называют «звоном пальцев».

Под большой нагрузкой детонация может быть сильнее и разрушительнее. Возникающие при этом стуки могут быть «замаскированы» общим шумом двигателя. Длительная детонация чрезвычайно опасна. Она способна в считанные часы (а то и минуты) разрушить двигатель.

В погоне за дополнительной мощностью мо­торо­строители на протяжении всего прошло­го века шли самым про­стым путем - повышали степень сжатия (т. е. соотношение объемов цилиндра при нахождении поршня в нижней и верхней мертвых точках). Более высокое давление сжатой рабочей смеси провоцировало детонацию. Требовался бензин с все большим октановым числом. Если в тридцатые годы прошлого века величайшим достижением считали бензин с октановым числом 76, то теперь не удивляет и 100.

Октановое число топлива определяется на специальном одноцилиндровом двигателе путем сравнения со смесью изооктана (изомера октана 2, 2, 4-триметилпептана) и η-гептана. Октановое число бензина, равное, например, 92, означает, что его детонационная стойкость соответствует стойкости смеси из 92 частей изооктана и 8 - η-гептана. Хотя оба вещества и входят обычно в состав бензина, октановое число не означает, что бензин состоит только из них. Это куда более сложный «коктейль», точный рецепт которого зачастую не знают даже сами его производители. Когда американец Рассел Маркер из корпорации Ethyl разрабатывал в 1926 году методику определения октанового числа, он выбрал η-гептан в качестве нулевого эталона только по одной причине: конкретный изомер углеводородного соединения высокой чистоты из нефти не получить, а η-гептан можно произвести из сосновой смолы.

Если с октановым числом в принципе все понятно, начнем все запутывать. Октановые числа (а их как минимум два) - не единственные единицы измерения антидетонационной стойкости. Даже на одном и том же моторном стенде с помощью двух разных методик определяются два показателя.

Исследовательский метод ASTM дает нам, соответ­ственно, исследовательское октановое число или, правильнее, октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ). Помните буковку «и» в маркировке наших старых бензинов?

В ходе испытания одноцилиндровый двигатель с принудительно изменяемой степенью сжатия работает в контролируемых условиях с минимальной нагрузкой.

Для определения октанового числа по моторному методу (МОЧ) подаваемая в тот же двигатель рабочая смесь предварительно подогревается, обороты коленвала увеличиваются, меняются регулировки момента опережения зажигания. Таким образом, бензин подвергается более жесткому и близкому к реальной эксплуатации испытанию. Обычно ИОЧ топлива на 8–10 единиц больше его МОЧ. Это соотношение стоит запомнить, оно может пригодиться для практических расчетов.

Общего, стандартного способа обозначения детонационной стойкости бензина в мире не существует. В Европе и Австралии используют исследовательский метод. У нас в стране до недавнего времени ходили оба, о чем свидетельствовала упомянутая буква «и» (или ее отсут­ствие -
свидетельство использования моторного метода). В Новой Зеландии, соседке Австралии, больше оперируют МОЧ. Даже исследование проводили о снижении его минимума с 82 до 81 единицы. А вот Северная Америка идет своим путем. Там используют совсем другие названия, к счастью, обозначающие один и тот же параметр. В ходу здесь антидетонационный коэффициент AKI - Anti-Knock Index, дорожное октановое число RdON - Road Octane Number (не путать с RON - Research ON - 0Ч по исследовательскому методу), насосное октановое число PON - Pump Octane Number или просто (R+M)/2. Последнее обозначение объясняет суть всех предыдущих. В США и Канаде указывается среднее арифметическое окатновых чисел, полученных по двум разным методикам, то есть
AKI=ИОЧ+МОЧ/2. AKI на 4–5 единиц меньше, чем ИОЧ
(RON). Эти цифры тоже могут пригодиться.

Маленькая экскурсия

Если все вышеупомянутое вам понятно, придется усложнить ситуацию. Очень часто продавцы топлива вместо октанового числа указывают сорт бензина. При этом в разных странах за одними и теми же словами скрываются разные цифры. Более того, единообразия нет даже в отдельных штатах, образующих США.

Начнем от родной печки. У нас бензин А-92 уже подается как Regular, А-95 как Premium и А-98 - как Super. Еще не исчез А-76, замаскированный под А-80, но скорый запрет оставил «старичка» без названия.Данные по некоторым другим странам приведены в сводной таблице. Сразу ее прокомментируем.

Горные штаты США ничем не отличаются от других горных районов мира. Высота над уровнем моря здесь больше, воздух разреженнее. Как ни старайся, без наддува давление в цилиндре как в начале такта сжатия, так и в его конце будет ниже, чем на равнине. Следовательно, и бензин здесь может обладать пониженной стойкостью к детонации. Помните об этом, собираясь надолго спуститься с гор. Чуть пониженные требования к ОЧ в Калифорнии объясняются просто: надо подтолкнуть жителей самого богатого штата к покупке имеющегося в избытке «сотого». Ferrari и Porsche скажут «спасибо». И нефтетрейдеры тоже. В ряде стран Европы 95-й уже давно считается «стандартным» или «регулярным». Хуже не делают.

Зато в некоторых странах третьего мира с Regular и Standard возможны осложнения: они могут быть схожи с нашим А-76 (80). Приведенные здесь сведения помимо познавательного имеют и прикладное значение. Зная страну происхождения купленной иномарки, ее владелец сможет определить, каким бензином надо потчевать свою стальную лошадку. Ведь абсолютное большинство машин, кроме спортивных, представительских и тюнинговых, как правило, довольствуется сортом Regular/Standard без указания в мануале реального октанового числа. Полезны эти цифры и сервисменам, как помогающие определить, каким путем устранять, например, «тупость» машины. Просто перейти на бензин с большим О4 или менять дорогостоящий блок управления двигателем. К месту, специально для механиков, отметим, что сильной детонацией (и от сильной детонации) больше страдают карбюраторные двигатели. На впрысковых обычно имеется датчик детонации в виде миниатюрного пьезоэлектрического микрофона, по сигналу которого электронные мозги делают зажигание более поздним, снижая детонацию. Двигатель страдает меньше, больше страдает владелец машины. Из-за ухудшившейся динамики и роста расходов на топливо.

Вернемся к теме

Как вся эта путаница связана с машиной нашего коллеги? Его Mitsubishi прибыл к нам из Штатов. Обращаемся к таблице. И как «японка», и как «американка» машина должна радоваться нашему 92-му. И переход на 95-й ни динамики, ни экономичности ей не добавит.

Наиболее вероятно, что наш коллега неосознанно выдавал желаемое за действительное. Ему стоит установить бортовой компьютер или хотя бы позаправляться под пробку на одной и той же колонке недельку-другую, регулярно записывая данные расхода и пробега. Затем повторить замеры на другом сорте топлива. Правда, с учетом городских пробок результат все равно получится очень приблизительным.

Если экономия все-таки подтвердится, возможно несколько вариантов ее возникновения.

Первый и самый простой. Опре­де­ленная часть машин в силу суммирования допусков и иных технологических причин имеет характеристики, отличающиеся от паспортных. И это надо принять как данность.

Второе, менее оптимистическое. За годы эксплуатации в камере сгорания скопился нагар и другие отложения, ее объем уменьшился, а степень сжатия, соответственно, возросла. Что и «приспособило» двигатель под бензин с более высоким октановым числом. Лечится регулярным добавлением противонагарных присадок в бензин плюс длительной ездой на высокой скорости. Альтернативой присадке могло бы стать использование «чистящего» бензина Shell V-Power, но за отсутствие лишних хлопот придется расплачиваться. Если «химия» не поможет, то остается «механика». Впрочем, без более веских причин двигатель лучше не разбирать. Если «химия» поможет, скорее всего, двигатель придется подрегулировать.

Третье, самое сложное. Глючит система управления двигателем, зажигание, система рециркуляции отработавших газов. Замена блока управления - дело несложное, но очень дорогое. Стоит проконсультироваться у хорошего диагноста, если такого удастся найти. Как и специалиста по каталитическим нейтрализаторам.

Еще чуть-чуть теории

Многочисленные исследования в разных странах мира подтверждают, что переход на бензин с более высоким октановым числом при постоянной степени сжатия не дает никаких преимуществ, а только повышает расходы на топливо. Теплотворная способность, а значит, и запасенная энергия у разных сортов топлива примерно одинакова. Высокооктановый бензин выделяет столько же энергии, как и стандартный, но горит медленнее. В результате не успевшее сгореть топливо может быть выброшено в глушитель (смерть катализатору) и далее в атмосферу (смерть живому).

Более того, как утверждает сайт Gas Bank USA, производители автомобилей (BMW, Porsche, Mercedes-Benz и др.), даже рекомендуя высокооктановый бензин, допускают применение стандартного без угрозы для двигателя, но с некоторым ухудшением параметров автомобиля.

О том, каково это ухудшение, можно судить по данным, опубликованным Hyundai Motor. На бензине Premium 4,6-литровый двигатель V8 седана Genesis выдает максимальную мощность 375 л. с., а на стандартном (AKI-87) - 386, т. е. менее чем на 2% меньше.

В американском руководстве по эксплуатации Smart Fortwo приведено то же предупреждение, что и для автомобилей Mercedes: «Для обеспечения долгой надежной работы и высоких характеристик двигателя следует использовать бензин сорта Premium Unleaded». А в нижней строке: «Бензин Regular не причинит вреда вашему автомобилю».

Мы не призываем переходить на низкооктановый бензин. Но если ваш автомобиль под него и «заточен», есть ли смысл платить лишние деньги? При одинаковом химическом составе, равной энергоемкости и не зависящем от октанового числа использовании/неиспользовании присадок единственное отличие между сортами бензина - размер прибыли, получаемой продавцом топлива.

Полезные формулы

Определяя, какой бензин нужен вашей машине, полезно знать, что:
AKI = RON+MON/2;
RON - MON ≈ 8–10;
RON - AKI ≈ 4–5;
AKI 87usa= RON 92eu;
AKI 90 ≈ RON 95;
где:
AKI - Anti-Knock Index - антидетонационный коэффициент (США);
RON - Research Octane Number - октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ);
MON - Motor Oil Number - октановое число по моторному методу (МОЧ).

Зачастую у владельцев автомобилей возникает вопрос на АЗС (авто-заправочных станциях). в свой автомобиль? Ведь есть 92 – 95 – 98 и даже 100-й! Что скажем, будет если залить 92 вместо 95, то есть как бы понизить октановое число? Или 100-й вместо 95-го что будет? Ведь у моторов разная степень сжатия, заточенная под определенные параметры. Не «угроблю» ли я свой силовой агрегат? Давайте разбираться, как обычно будет и видео версия в конце …

В начале, стоит отметить – те параметры и рекомендации, которые указал вам производитель и нужно использовать. То есть на лючке бензобака (или в инструкции) написано 92 или 95, то и стоит его лить! Также бывают записи не ниже 95-го октанового числа — это означает, лить меньше не рекомендуется, а вот 95 – 98 или 100-й можно! А теперь давайте подробнее.

Что такое степень сжатия?

Я про это уже подробно рассказывал в статье по ссылке сверху, можете перейти и почитать. НО если сказать простыми словами, это геометрическая безразмерная величина. Она вычисляется как соотношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Просто нужно разделить.

Таким образом, у вас получается нужный параметр, например — 8, 9, 10, 11, 12 единиц и т.д. Скажем у около 14.

Чем выше степень сжатия, тем больше вероятность того — что топливо внутри цилиндров двигателя может самовоспламенится от высокого давления.

Вы можете задать вопрос – а зачем повышать степень сжатия. Тут много причин и все сейчас я перечислять не буду, самые основные – это увеличение мощности и уменьшение расхода топлива.

Соответственно, чтобы бензину противостоять самовоспламенению нужны специальные характеристики, отсюда и пошло понятие октановое число

Что такое октановое число?

Все просто – чем выше это число, тем дольше может сопротивляться бензин самовосплеменению при сжатии. Именно этот показатель и указывают в бензинах 92, 95, 98 и так далее.

Сейчас современные бензины при производстве (различного типа крекингах) имеют число равное примерно – «82-85». Чтобы довести его до нужного значения, в него добавляют специальные присадки, сейчас это спирты или эфиры, таким образом и получаются 92 – 100-е бензины.

Таким образом, можно получить примерные показатели:

• Если степень сжатия (СЖ) менее 10 – то нужно лить 92-й бензин
• Если СЖ от 10 до 12 – нужно использовать 95-й
• Выше 12 – 98-й
• СЖ в 14 – 98 или даже 100-й

Есть ОЧЕНЬ редкие моторы, которые имеют СЖ от 14 до 16 в них используются редкие типы топлива с октановым числом от 102 до 109.

Отдельно стоит отметить ТУРБИРОВАННЫЕ моторы, у них при любой степени сжатия используется не менее 95-го бензина.

Что будет если залить низкий октан?

Простой пример — вам рекомендуется заливать 95-й, а вы льете 92-й – что будет? Вообще это не рекомендуется, потому как низкое октановое число (ОЧ), может вызвать , а это ОЧЕНЬ разрушительный процесс, который может быстро погубить ваш силовой агрегат.

НО! Так было с аналоговыми моторами, с механическим топливным насосом (), где всем управляла механика. Там впрыск, да и зажигание, не могло изменяться автоматически.

СЕЙЧАС, современные агрегаты можно назвать «цифровыми», у них подача топлива, зажигание может изменяться автоматически, в зависимости от топлива которое в него залито. Контролируется это через кучу датчиков (детонации, кислорода – он же «лямбда-зонд» и т.д.) и уже решает что делать. Таким образом, смесь либо «обедняется», либо «обогащается» и мотор работает всегда как нужно.

Что будет если залить высокий октан?

Опять не верно. ДА на карбюраторном моторе (с механической регулировкой) так бы и случилось, например раньше если залить вместо 76-го бензина 92-й, тогда реально прогорала прокладка и клапана.

НО сейчас, опять же все выправит электроника (изменится зажигание) и ничего страшного не произойдет. Будет небольшой прирост мощности в районе погрешности 2 – 3% и все.

НО не всегда имеет смысл лить 100-й бензин, в мотор который рассчитан на 92-й. Просто вы не почувствуете разницу, можно залить 98-й эффект будет такой же. А вот в цене за литр топлива разница ощутима.

Таблица зависимости

НУ и в конце, как и обещал, небольшая таблица зависимости октанового числа и степени сжатия.

НО повторюсь еще раз, если сейчас залить топливо с большим или меньшим октановым числом на современном моторе – НИЧЕГО СТРАШНОГО ПРОИЗОЙТИ НЕ ДОЛЖНО. Если октан ниже, то немного упадет мощность и вырастит расход. Если выше, то наоборот упадет расход и вырастит мощность. НО опять же на уровень погрешности около 3 – 4% не более.

Сейчас видео версия смотрим