95 ή 100 οκτάνια ;

Στο βίντεο ο τρόπος λειτουργίας του Ecoboost κινητήρα της Ford. Παρατηρείστε αριστερά των βαλβίδων εισαγωγής το ακροφύσιο που ψεκάζει βενζίνη απευθείας στον θάλαμο καύσης ορίζοντας επί της ουσίας τον άμεσο ψεκασμό καυσίμου.Για λόγους πληρότητος να αναφερθεί ότι επιδεικνύεται ο 3.5 λίτρων, με περιεχόμενη γωνία 60 μοιρών, διπλά υπερπληρωμένος κινητήρας της εταιρείας.



Δημοφιλές ερώτημα που αφορά όλους τους οδηγούς βενζινοκίνητων οχημάτων που κινούμαστε στους δρόμους. Η απάντηση δε μπορεί να είναι μοναδική αφού για να αποφανθούμε για τον απαιτούμενο αριθμό οκτανίων πρέπει να ξέρουμε τα τεχνικά χαρακτηριστικά του κινητήρα. Το ακόλουθο άρθρο έχει σαν σκοπό να αποσαφηνίσει το εν λόγω ζήτημα.

Βαθμός Συμπίεσης

Καθοριστικός παράγοντας για την επιλογή του καυσίμου είναι η σχέση συμπίεσης του κινητήρα μας. Τι είναι όμως η σχέση συμπίεσης. Σχέση συμπίεσης σε ένα θάλαμο καύσεως είναι το πηλίκο του κλάσματος μεταξύ μεγίστου και ελαχίστου όγκου που δημιουργείται κατά την κίνηση του εμβόλου. Με πιο απλά λόγια το πηλίκο των όγκων μεταξύ άνω και κάτω νεκρού σημείου. Για παράδειγμα αν σε έναν τυπικό θάλαμο καύσης κινητήρα με χωρητικότητα 400 κυβικών εκατοστών, το έμβολο συμπιέζει την χωρητικότητα μέχρι τα 40 κυβικά εκατοστά τότε έχουμε σχέση συμπίεσης 10:1.

Γιατί όμως μας ενδιαφέρει η σχέση συμπίεσης ; Γενικά η διαδικασία της καύσεως είναι μια εξαιρετικά βίαια διαδικασία. Αυτή η βία είναι επιθυμητή για την παραγωγή της ισχύος άλλα είναι εξίσου επιθυμητό να συμβαίνει με πλήρως ελεγχόμενο τρόπο γιατί αν δεν ελεγχθεί αυτό έχει καταστρεπτικά αποτελέσματα για τον κινητήρα.

Όσο πιο μεγάλος είναι ο βαθμός συμπίεσης τόσο μεγαλύτερο μηχανικό έργο λαμβάνουμε στο στροφαλοφόρο άξονα από δεδομένο μείγμα αέρα καυσίμου και για αυτό οι κινητήρες με υψηλό βαθμό συμπίεσης έχουν και υψηλό βαθμό απόδοσης (πχ Diesel). Όμως υψηλός βαθμός συμπίεσης απαιτεί και καύσιμο υψηλών οκτανίων.

Απεικόνιση οκτανίου

Αυτό συμβαίνει γιατί όταν έχουμε υψηλή συμπίεση ένα καύσιμο χαμηλών οκτανίων έχει την τάση να προαναφλέγεται αυθορμήτως και να δημιουργεί πολλαπλά μικρά μέτωπα φλόγας εντός του θαλάμου καύσεως κάτι που πρέπει να αποφεύγεται.

Ο λόγος της αυθόρμητης προανάφλεξης είναι γιατί για παράδειγμα σε μια βενζίνη 95 οκτανίων θεωρείται ότι το 5% αυτής αποτελείται από επτάνια και το 95% από οκτάνια. Αναφέρεται εδώ ''θεωρείται'' γιατί στην πραγματικότητα η αναλογία δεν είναι ακριβώς αυτή, αλλά το καύσιμο συμπεριφέρεται χημικά έτσι ωσάν να ήταν αυτή η αναλογία πραγματικά.
Το επτάνιο όμως έχει την τάση να αναφλέγεται εκρηκτικά και πιο γρήγορα σε σχέση με μια αμιγή βενζίνη 100 οκτανίων που δεν περιέχει επτάνια και συνεπαγόμενα είναι πιο βραδυφλεγής.

Το ανωτέρω αναφερθέν πρόβλημα αντιμετωπίζεται με τους αισθητήρες προανάφλεξης οι οποίοι μεταβάλλουν το χρονισμό της καύσεως οπότε η προανάφλεξη αποφεύγεται αλλά έχουμε έλλειμμα ισχύος σε κινητήρες που διαθέτουν υψηλή συμπίεση και χρησιμοποιείται χαμηλών οκτανίων καύσιμο.
Οπότε για να έχουμε τη μέγιστη δυνατή ισχύ χρειαζόμαστε υψηλά οκτάνια.




Κινητήρες με υψηλή συμπίεση

Εν γένει οι κινητήρες φυσικής αναπνοής παρουσιάζουν μεγαλύτερο γεωμετρικό βαθμό συμπιέσεως από έναν υπερπληρωμένο. Ο λόγος που συμβαίνει αυτό είναι γιατί σε έναν υπερπληρωμένο κινητήρα ο αέρας προς καύση είναι ήδη εξαιρετικά θερμασμένος και συμπιεσμένος λόγω της υπερπληρώσεως εκ του συμπιεστή οπότε επιπρόσθετη υψηλή σχέση συμπιέσεως δεν είναι εφικτή.

Οι σύγχρονοι κινητήρες λόγω του ότι η βασική επιδίωξη είναι να βελτιωθεί ο βαθμός αποδόσεώς τους παρουσιάζουν υψηλή σχέση συμπιέσεως που εσχάτως έχει ανέβει σε μεγαλύτερα επίπεδα λόγω του ψεκασμού του καυσίμου απ' ευθείας στον θάλαμο καύσεως.






Τελικά τι καύσιμο να χρησιμοποιήσω ;

Αν διαθέτετε αυτοκίνητο με ατμοσφαιρικό κινητήρα άμεσου ψεκασμού που συνήθως έχει γεωμετρική συμπίεση πάνω από 11:1 η απάντηση είναι απλή. Συνίσταται βενζίνη με 100 οκτάνια αν δε θέλετε να έχετε έλλειμμα ισχύος.

Αν ο κινητήρας είναι άμεσου ψεκασμού με υπερπλήρωση και πάλι 100 οκτάνια παρ' όλο που η γεωμετρική συμπίεση εδώ είναι λίγο χαμηλότερη. Εδώ θα πρέπει να αναφερθεί πως αυτό που μας ενδιαφέρει πρώτιστα είναι πόση πίεση έχει ο αέρας στο άνω νεκρό σημείο του εμβόλου. Αυτή η πίεση εξαρτάται από το γεωμετρικό βαθμό συμπιέσεως και το βαθμό υπερπληρώσεως.

Οι κατασκευαστές ανάλογα με το τι καύσιμο επιθυμούν για τον κινητήρα τους επιλέγουν να ρυθμίσουν τη γεωμετρική συμπίεση και το βαθμό υπερπληρώσεως ώστε να εξυπηρετούνται από τον δοθέντα αριθμό οκτανίων. Γενικά ισχύει ότι το μηχανικό έργο που παραλαμβάνεται είναι τόσο μεγαλύτερο όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση του αέρα στο άνω νεκρό σημείο. Όμως όσο πιο υψηλή είναι αυτή τόσο πιο καθοριστική είναι η ανάγκη για καύσιμο 100 οκτανίων.

Γενικά πάντως όλοι οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού είτε υπερπληρωμένοι είτε φυσικής αναπνοής επωφελούνται από υψηλού οκτανίου καύσιμο γιατί οπωσδήποτε παρουσιάζουν υψηλότερο γεωμετρικό βαθμό συμπιέσεως σε σχέση με μια εμμέσου ψεκασμού μηχανή.

Επίσης όσοι διαθέτετε αυτοκίνητο με βενζινοκινητήρα που δουλεύει σε κύκλο Atkinson  (πχ Toyota prius, Lexus CT-200H, RX 450 H) που παρουσιάζει γενικά υψηλότατη γεωμετρική συμπίεση θα βοηθούσε και εδώ η χρήση βενζίνης 100 οκτανίων. Για τους συγκεκριμένους κινητήρες δεν είναι απόλυτα βέβαιο αυτό διότι ο γεωμετρικός βαθμός συμπίεσης είναι υψηλότερος από τον πραγματικό. Αυτό συμβαίνει γιατί σε αυτούς τους κινητήρες οι βαλβίδες εισαγωγής είναι ανοικτές για περισσότερο χρόνο με αποτέλεσμα ένα ποσοστό αέρα να δραπετεύει. Περαιτέρω εμβάθυνση όμως σε αυτούς τους κινητήρες εκφεύγει των αναγκών του συγκεκριμένου άρθρου.