Каждый раз перед тем как заехать на заправку водители немного расстраиваются и все из-за круглой суммы, которую надо заплатить, чтобы наполнить бак. Задача выбрать топливо, на котором автомобиль будет лучше работать, не из лёгких. Важно разобраться, что лучше, заправиться более дешёвым топливом и в перспективе меньше проехать или же раскошелиться. Но заплатив больше, хочется быть уверенным, что не зря потратил деньги. Для того чтобы разобраться в этом вопросе надо разъяснить такие понятия, как степень сжатия и октановое число, если мы говорим про бензин.

Детонация и степень сжатия.
В большинстве современных автомобилей установлен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Давайте вспомним как он работает. Сначала происходит всасывание поршнем топливовоздушной смеси, затем эта смесь сжимается в строго определённое количество раз, подаётся искра, смесь воспламеняется, толкая поршень в обратном направлении, в итоге сгоревшая смесь покидает цилиндр. Нас интересует во сколько раз изменился объём смеси когда она попала в цилиндр, к тому времени как поршень достиг верхней мёртвой точки (ВМТ). Это отношение и называют степенью сжатия. У каждого двигателя своя степень сжатия. В четырёхцилиндровом двигателе объёмом два литра, каждый цилиндр имеет объём 500 мл или 500 куб.см. Таким образом, когда поршень движется вниз он втягивает в цилиндр 500 куб.см смеси, состоящей из воздуха и бензина. Клапана закрыты и поршень движется вверх, сжимая 500 куб.см до объёма 50 куб.см. Отношение начального и конечного объёма смеси будет относиться как 10 к 1, степень сжатия такого двигателя будет равна 10. Помните, при нормальных условиях сжатая смесь воспламенятся свечой зажигания. Явление, когда смесь взрывается в цилиндре без подачи искры, называется детонацией. Фронт спокойного горения стационарной смеси распространяется не быстрее 0,2-0,3 м/сек.Когда смесь в цилиндре детонирует, топливо сгорает на сверхзвуковой скорости. Скорость фронта ударной волны, при детонации, составляет порядка сотен и тысяч метров в секунду. Такая ударная волна, встречая препятствие, создаёт очень большие локальные нагрузки в металле, характерный металлический звук, и при длительном действии может быть причиной тяжёлых повреждений двигателя.
Теперь, можно сказать, пару слов об октановом числе в бензине. Октановое число определяет детонационную стойкость топлива, то есть способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии. Октановое число можно узнать по марке бензина, например, АИ-98 имеет октановое число равное 93, а октановое число АИ-95 равно 90.


Степень сжатия и датчик детонации.
Если мы всё-таки захотим рассчитать степень сжатия двигателя, установленного на автомобиле, то столкнёмся с весьма нетривиальной задачей. К счастью, за нас это сделали на заводе и отразили в документации на автомобиль. Людям, которые модифицируют двигатели, необходимо рассчитывать этот параметр, чтобы правильно подобрать топливо. На машине, которой управляет ЭБУ, мы не услышим характерный стук, возникающий при детонации, потому что за этим следит ЭБУ, анализируя информацию с датчик детонации. Датчик детонации представляет собой пьезоэлектрический микрофон. Если с датчика детонации приходит информация о том, что смесь детонирует, ЭБУ изменяет угол опережения зажигания, чтобы стук исчез.

Что же нужно знать?
Все очень просто нам не надо знать степень сжатия нашего автомобиля, чтобы определить какое топливо надо заливать. Достаточно посмотреть в руководство по эксплуатации автомобиля и узнать требуется ли для работы автомобиля бензин с высоким октановым числом, иначе переплачивать за АИ-98 нет смысла.

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).

Вряд ли из сотни опрошенных на АЗС водителей десяток назовет еще какой-либо параметр бензина, кроме октанового числа. Смолы, сера, оксигенаты - это что-то заумное и на заправочной колонке не указанное. Водитель твердо знает, что именно октановое число определяет степень пригодности топлива к использованию в том или ином двигателе. Но речь при этом идет не о том, новенький это двигатель или какой-то древний. Октановое число характеризует только возможность использования данного топлива в автомобилях с той или иной степенью сжатия. Если быть более точным - с меньшим или большим давлением в конце такта сжатия. А поскольку низких давлений сегодня, в общем-то, и не встретить, то и низкооктановый бензин невольно стал считаться чем-то второсортным. Это, мягко говоря, несправедливо.

КАКИЕ БЫВАЮТ ОКТАНОВЫЕ ЧИСЛА?

Октановое число - это характеристика бензинов, характеризующая их детонационную стойкость, то есть способность противостоять самовоспламенению под действием волны давления, образующейся в камере сгорания при горении топлива. Его определяют, сопоставляя интенсивность детонации исследуемого топлива с эталонным, имеющим фиксированное октановое число. Для этого используют специальную одноцилиндровую установку с переменной степенью сжатия (УИТ-65 или УИТ-85). Замечу, что сегодня эта несложная, в общем-то, установка попала в разряд дефицитных приборов…

Любопытно, что по неизвестной никому причине часто говорят, что исследовательское октановое число (ОЧИ) определяют где-то в химлабораториях, а вот моторное (ОЧМ) - на полигонах и спецдорогах. На самом же деле разница в определении этих чисел состоит только в режимах работы установки УИТ. Для определения ОЧИ обороты коленчатого вала - 600 об/мин, для ОЧМ - 900 об/мин. Кроме того, при определении ОЧМ используется подогрев смеси перед двигателем. Что касается испытаний на реальных дорогах, то при этом определяют еще один вид октановых чисел - дорожное (ДОЧ). Его получают в ходе испытаний реального двигателя путем сопоставления пределов детонации на эксплутационных режимах при работе на исследуемом и эталонных бензинах.

Условно считают, что ОЧИ характеризует свойства топлива при городском цикле эксплуатации автомобиля, а ОЧМ - при шоссейном цикле.

ЧЕМ ПЛОХИ НИЗКООКТАНОВЫЕ БЕНЗИНЫ?

Сильно ли уступают 80-е и 92-е бензины по экономии и экологии своим высокооктановым коллегам?

Слышится мгновенный ответ: уступают, конечно же! Аргументация известна: ведь на них ездят всякие вонючие «москвичи» и прочие «ЗИЛы»! Это - типичный ответ дилетанта. В вонючести тех машин виновато несовершенство их конструкции, а вовсе не топливо. А вот ни одного конкретного обвинения в адрес таких бензинов видеть не приходилось.

Ежели прикинуть, сколько машин, колесящих по дорогам бывшего СССР имеет низкую степень сжатия, то получится больше 60%. И низкооктановые топлива нам реально нужны. Нет никаких оснований торопиться с запретом их применения.

А КАК ЖЕ ГРЯДУЩИЕ ЗАПРЕТЫ?

Опубликованы грядущие изменения регламента, согласно которым не только отменяется пункт, разрешающий применение высококачественных 80-х и 92-х бензинов, но и приведено «суперпредложение» вообще выбросить из контролируемых параметров показатель «октановое число»! Понять все это очень сложно. Надо полагать, что на табличке заправочной колонки будет что-то написано, но реально следить за этим теперь необязательно. Как за надписями на заборах… Мало того - обязательную сертификацию основных видов топлив предложено заменить добровольной!

Аргумент, как всегда, убойный: так делают «у них». Для нас Эксперт - это любой человек с Запада. А там, мол, все горюче-смазочные материалы подлежат добровольной сертификации - и ничего, живут… Но петрушка-то в том, что у нас все это не сработает! На Западе давно сложился абсолютно иной менталитет, а реализовать несертифицированную продукцию там нереально. Это непременно будет воспринято как попытка сбыть что-то некондиционное или же произведенное незаконно. А если потребитель, не дай бог, пожалуется на качество, то отсутствие сертификата явится отягчающим обстоятельством для производителя при разбирательстве в суде. Замечу, что суды на Западе тоже «немножко другие».

Для России куда больше подходит «обязательность». Ее можно проконтролировать и тем самым защитить массового потребителя от некачественной продукции. Но нам наносят двойной удар: предлагают убрать из контролируемых параметров показатель ОЧ, а также заменить обязательную сертификацию добровольной. А ведь мы живем в конкретной стране со сложившимися национальными особенностями.

Всех, кто ежедневно заполняет топливные баки своих автомобилей продаваемым у нас топливом, предлагаем высказаться по затронутому поводу.

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.

Форсирование двигателя.

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.