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.
Октановое число — это способность топлива противостоять детонации называется октановым числом. Чем оно выше, тем выше эта самая стойкость. Поэтому бензины с низким числом применяются в двигателях с низкой степенью сжатия, а с высоким октановым числом в двигателях с высокой степенью сжатия.
Часто возникает вопрос: бензин с каким октановым числом (ОЧ) можно заливать в двигатель, учитывая наше качество бензина.
Все просто. Открываем лючок заправочной горловины Вашего автомобиля или инструкцию по эксплуатации авто и читаем какой там указан бензин, такой и можно заливать. В инструкции к авто посмотрите степень сжатия.
Степень сжатия и октановое число бензина атмосферного двигателя
1. Если степень сжатия 12 и выше - заливать не ниже АИ-98.
2. Если степень сжатия 10 и до 12 - заливать не ниже АИ-95.
Объем камеры сгорания с такой степенью сжатия сделан именно под это число.
92 как бы можно заливать, но не нужно, расход будет больше.
3. Если степень сжатия ниже 10 - заливать октановое число АИ-92 (кроме турбо).
Экзотические АИ-102 и АИ-109 - от 14 и от 16 соответственно.
Для турбодвигателей минимум АИ-95 и выше!
Не путайте степень сжатия с компрессией в цилиндрах двигателя.
Степень сжатия - это геометрическая безразмерная величина, вычисляется как отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания.
Компрессия - это физическая величина, давление в цилиндре в конце такта сжатия. Измеряется в атмосферах или кг/см2 при прокрутке стартером на хорошо заряженном аккумуляторе и выкрученными свечами для замера.
Оптимальная компрессия мотора очень приблизительно высчитывается умножением степени сжатия на 1.4 атмосферы.
- Если использовать топливо с меньшим ОЧ, то неизбежно возpастут ударные нагpyзки в виде детонационных стуков и звонов и как следствие - износ двигателя. К тому же расход выше и смысл экономии теряется.
- 2. Если использовать бензин с большим ОЧ, чем это предусмотрено конструкцией двигателя, то и гореть бензин будет дольше, отдавая большее количество тепла.
- Топливо с большим октановым числом обычно горит с меньшей температурой и медленнее. Из-за скорости горения ниже рассчетной может получиться так, что на фазе выпуска через клапан вместо отработанных газов будет выпущена еще горящая смесь. Следовательно, детали двигателя будут перегреваться, особенно клапаны, кроме того растет расход масла. Интересно, что на слух двигатель часто начинает работать тише и ровнее (за счет теплового расширения выбираются зазоры), но при этом двигатель работает на износ.
- Например, 100-й бензин горит слишком медленно для вашей степени сжатия. Поэтому не догорает полностью и коптит. Нет смысла заливать 100-й, если машина едет хорошо на 95-м.
Топливо с бОльшим октановым числом имеет бОльшую стойкость к детонации.
Если в двигателе нет системы регулирования угола зажигания, то залив высокооктановое топливо можно опять испортить свечи и потерять часть мощности, так как будет позднее зажигание.
Бензин — что такое
Бензин — это самая лёгкая из жидких фракций нефти (смесь лёгких углеводородов). Используется как топливо в карбюраторных и инжекторных двигателях современных автомобилей, мотоциклов и иной техники.
Маркировка бензина
В соответствии с ГОСТ 54283-2010 в России существует единая маркировка для всех бензинов. Например, АИ-80. Расшифровывается она так. А - бензин автомобильный, И – октановое число определено исследовательским методом. 80 – само октановое число. Также, в конце, к названию может быть добавлена ещё одна цифра – экологический класс топлива, от 2 до 5, (например, АИ-92/4). Если буквы И в маркировке бензина нет, то его октановое число определено моторным методом (А-92).
Требования к качеству выпускаемых в настоящее время бензинов определяются Техническим регламентом, принятым в 2011 году. Полное название «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту».
Типы бензина
Неэтилированный бензин
Бензин не имеющий присадок содержащих свинец. Весь бензин выпускающийся в настоящее время согласно Техническому регламенту.
Бензин АИ-80
Полное название «Бензин АИ-80, Нормаль». Октановое число 80, получено исследовательским методом. Согласно моторного метода, оно равно 76. Качество соответствует ГОСТ 51105-97. Класс топлива – второй. Не этилированный.
Бензин АИ-92
Полное название «Бензин АИ-92/4, Регуляр». Октановое число 92, по исследовательскому методу, 83 – по моторному методу. ГОСТ 51105-97. Не этилированный.
Бензин АИ-95
Полное название «Бензин АИ-95/4, Премиум-евро». Октановое число – 95 по исследовательскому методу, 85 – по моторному. ГОСТ 51105-97. Не этилированный.
Бензин АИ-98
Полное название «Бензин АИ-98/4, супер-евро. Октановое число 98 по исследовательскому методу, 88 – по моторному. Производится по ТУ-38.401-58-122-95, ТУ-38.401-58-127-95, ТУ-38.401-58-350-2005. Не этилированный.
Бензин А-92
Октановое число определено по моторному методу = 72. Соответствует ГОСТ 2084-77. В настоящее время не выпускается. Не этилированный.
Бензин АИ-76
Соответствует АИ-80. Октановое число по моторному методу = 76. Выпускался по ГОСТ 2084-77. Мог быть как этилированный так и не этилированный.
Бензин АИ-91
Соответствует АИ-92. Октановое число 82,5 по исследовательскому методу. Вырабатывался по ГОСТ 51105-97. Не этилированный.
Бензин А-92
Выпускается по ТУ 38.001165-97. Согласно ТУ 38.001165-87 в советское время шел на экспорт. Аналог АИ-92. Не этилированный.
Бензин АИ-93
Соответствует АИ-95. Октановое число по моторному методу 82,5. По исследовательскому 93. Во времена СССР, бензин с маркировкой А-93 шел на экспорт, а для внутреннего рынка он назывался АИ-93. Мог быть этилированным и не этилированным.
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.
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).
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.