Октановое число бензина, степень сжатия и детонация двигателя

Какое топливо лучше лить в автомобиль, что такое октановое число и степень сжатия? Мы часто говорим об этом, но не всегда до конца понимаем техническую сторону этих вопросов.

Октановое число бензина

АИ-92 и АИ-95 – эти два вида бензинового топлива чаще других можно встретить на заправках. Октановое число – характеристика топлива, отражающая его устойчивость к самовоспламенению при сжатии. Чем выше число, тем устойчивее смесь, тем дольше может сопротивляться самовосплеменению при сжатии. Чтобы довести октановое число бензина до нужного значения, в него добавляют специальные присадки – это спирты, эфиры и антидетонационные присадки. Многие из них (например, МТБЭ) испаряются легче, чем бензин, что приводит к интересному эффекту у машин с негерметичным бензобаком — по мере расходования топлива и испарения присадки октановое число бензина, оставшегося в баке, уменьшается на несколько единиц.

Максимальное октановое число бензина без присадок 100, это чистый изооктан. Изменяя доли изооктана и h-гептана качество бензина не меняется, только его устойчивость к детонации. Так же широко используется для большего повышения устойчивости к детонации – тетраэтилсвинец. Зачастую он используется только для повышения октанового числа выше 100, так как при сгорании свинец уходит с выхлопными газами в атмосферу, что может привести к отравлению людей, животных или растений. Бенизин который содержит тетраэтилсвинец на автозаправочных станциях помечен, как “этилированный” или содержащий этил. Обычно хитрые маркетологи преподносят его как спиртосодержащий, и полезный для экологии, добавляя приставку экобензин и так далее, стоит он дешевле своих аналогов без присадок, но наносит вред окружающей природе.

Детонация двигателя

Это сложный физический процесс, рассмотрим его со стороны именно двигателя внутреннего сгорания.

В процессе работы современного четырёхтактного двигателя, на втором такте происходит сжимание воздушно-топливной смеси, в этот момент топливо с октановым числом ниже, чем рекомендовано производителем, детонирует до того момента, как оно должно было воспламениться от свечи. Если сказать коротко, детонация двигателя – несвоевременное воспламенение бензина в камере сгорания.
При этом фронт пламени распространяется со скоростью взрыва, то есть превышает скорость распространения звука в данной среде и приводит к сильным ударным нагрузкам на детали цилиндро-поршневой и кривошипно-шатунной групп и вызывает тем самым усиленный износ этих деталей. Высокая температура газов приводит к прогоранию днища поршней и обгоранию клапанов.

Во время детонации отчетливо слышен стук в двигателе, на слух, воспринимаемый как характерный металлический звон. Он создаётся волнами давления, возникающими при быстром сгорании смеси и отражающимися от стенок цилиндра и поршня. При этом снижается мощность двигателя и ускоряется его износ, а при возникновении детонационных волн двигатель может быть повреждён или разрушен.

В конструкции двигателя современного автомобиля, предусмотрен датчик детонации, который передает информацию на бортовой компьютер. Последний в свою очередь регулирует насыщенность смеси, момент зажигания и т.д. предотвращая дальнейшую детонацию.

Степень сжатия двигателя

Рассматривая ДВС степень сжатия это – отношение полного объема цилиндра (надпоршневого пространства цилиндра двигателя при положении поршня в нижней мёртвой точке) к объёму камеры сгорания (надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке).

В современных двигателях, на серийных автомобилях, степень сжатия от 8 до 14.
Увеличение степени сжатия требует использования топлива с более высоким октановым числом (для бензиновых ДВС) во избежание детонации. Повышение степени сжатия в целом повышает его мощность, кроме того, увеличивает КПД двигателя как тепловой машины, то есть, способствует снижению расхода топлива.

Какой бензин заливать

Разобравшись с марками бензина, можно ответить на вопрос, при какой степени сжатия,какой бензин заливать? На этот вопрос дают ответ сами производители автомобилей. На люке бензобака или в инструкции по эксплуатации указана марка бензина, подходящая конкретному двигателю. Если указано, что заливать не ниже АИ-95, то можно заливать 95-ой и 98-ой.

Список соответствия степени сжатия к маркам топлива:

Степень сжатия от 8 до 10 – АИ – 92;
Степень сжатия от 10 до 12 – АИ – 95;
Степень сжатия от 12 до 14 – АИ – 98;
Степень сжатия от 14 до 16 – АИ – 100;
Степень сжатия от 16 до 18 – АИ – 103;
Степень сжатия от 18 и выше- АИ – 106-109.

Что будет если залить топливо с более низким октановым числом?

Если заливать в двигатель топливо с более низким октановым числом – будет происходить детонация, но буквально пару циклов, после сработает датчик детонации. На старых карбюраторных двигателях, мотор будет просто “звенеть”. Крайне не желательно постоянно ездить низкооктановом бензине, но если вам случайно перепутали пистолет, или поблизости не продают бензин с нужным октановым числом, на некоторое время можно заменить бензин. Современные агрегаты можно назвать «цифровыми», у них подача топлива, зажигание может изменяться автоматически, в зависимости от топлива которое в него залито. Контролируется это посредством нескольких датчиков (детонации, кислорода – он же «лямбда-зонд» и т.д.) и уже ЭБУ решает что делать. Таким образом, смесь либо «обедняется», либо «обогащается» и мотор работает всегда как нужно, но развивает меньшую мощность, увеличивая при этом расход топлива. Но, необходимо понимать, что всё это срабатывает в тех или иных пределах, поэтому разумнее заливать топливо, рекомендуемое производителем автомобиля.

Датчик детонации двигателя

Устанавливается на современных двигателях, сводит практически к нулю негативный эффект от несоответствия марки бензина к рекомендуемой производителем. После поступления сигнала на “мозги” автомобиля, происходит калибровка впрыска, насыщенности смеси и других характеристик, что прекращает детонацию, но влияет на мощность и расход топлива. Смесь приходит обедненная и воспламеняется раньше, чем при нормальной работе.

Во время детонационного сгорания топлива двигателю передается сильная вибрация. Датчик устроен так, что он улавливает эти вибрации и преобразует их в электрический импульс, который в свою очередь передается на ЭБУ автомобиля.

Сам датчик в рядном 4-цилиндровом моторе обычно устанавливается между 2-м и 3-м цилиндрами. В этом случае проверка режима работы двигателя более эффективна.

Что будет если залить топливо с более высоким октановым числом?

Если заливать в двигатель топливо с более высоким октановым числом – ощутимо ничего не изменится, двигатель не приспособлен к большему сжатию, поэтому смесь будет воспламеняться, не достигнув пика своего сжатия. Это может немного увеличить мощность двигателя, на 2-3%.

Можно уверенно заливать более дорогой, высокооктановый бензин, это не несет негативных последствий для двигателя.
На старых же карбюраторных двигателях, где нет электронных мозгов, изменяющих угол опережения зажигания, может прогореть прокладка головки блока цилиндра, или клапана.