Teoretická problematika oktánového čísla paliva k motorom BMW

Definícia Benzínu:

Surovina pre výrobu benzínov je ropa. Je to prírodná horľavá kvapalina tvorená zmesou plynných, prchavých a rozpustných tuhých uhľovodíkov. V plne automatizovaných prevádzkach sa rafinuje, destiluje a ďalej spracováva na benzín a iné palivá alebo na petrochemikálie. V minulosti sa benzín vyrábal i z hnedého uhlia. Tento druh benzínov sa nazýva „benzín syntetický“.

Výroba:

Výroba benzínov je založená na destilácii, ktorá pozostáva na delení zmesi kvapalných látok na základe ich odlišnej teploty varu. Zmes kvapalných látok je zahrievaná v uzavretej nádobe, prchavejšie zložky sa odparujú, pary ochladením mimo varnej nádoby kondenzujú a zhromažďujú sa v tzv. predlohe. Predčistená ropa sa v rafinériách rozdelí na nepretržitou destiláciou na jednotlivé frakcie. Na tento primárny proces naväzujú zušľachťovacie procesy, pri ktorých sa mení chemická štruktúra a oddeľujú sa nežiadúce prímesy. Tomuto procesu štiepenia pri teplote cca 500 - 550 °C sa hovorí krakovanie. Benzín je zmes kvapalných uhľovodíkov, kvapalina nízkej hustoty (pod 0,81 kg/m3) a vysokej výhrevnosti (nad 42 MJ/kg–1), veľmi ľahko zápalná.

Na spálenie 1 hmotnostného dielu benzínu sa teoreticky spotrebuje 14,5 hmotnostných dielov vzduchu. Uvedená zmes benzínu a vzduchu sa môže spaľovať i pri iných pomeroch. Ak použijeme množstvo vzduchu 14,5 až 22 :1, vtedy je veľký prebytok vzduchu - hovoríme o „chudobnej zmesi“. Ak obrátime pomer, množstvo vzduchu je menšie než teoretické a benzín je v prebytku (pomer vzduchu k benzínu je v rozmedzí 14 až 7 :1), táto zmes sa označuje ako „bohatá zmes“. Ďalšie zmesi mimo uvedenej hranice sa už nezapaľujú, pretože sú príliš zriedené alebo majú príliš málo vzduchu.

Spaľovanie uvedenej zmesi prebieha za normálnych podmienok v rýchlosti rádovo desiatky metrov za sekundu. Pre správny režim spaľovania motorového benzínu vo valci je nutné pridať antidetonátor alebo iné vhodné substancie. Aby bolo možné posúdiť náchylnosť ku klepaniu bola navrhnutá umelá stupnica. Ako uhľovodík, ktorý je málo náchylný ku klepaniu, bol zvolený „izooktán“, ktorému bolo pridelené číslo 100. Za reprezentanta uhľovodíkov náchylných ku klepaniu bol zvolený n-heptan, s číslom 0. Na špeciálnych motoroch sa hodnotí spaľovacia vlastnosť benzínu za rôznych podmienok a zisťuje sa, kedy sa prejaví klepanie. Zisťuje sa, ktorá zmes, pripravená zmiešaním objemových percent „izooktánu“ a n-heptánu klepe za rovnakých podmienok. Napríklad ak sa zistí, že sa benzín chová ako zmes 95% objemových jednotiek „izooktánu“ a 5 % objemových jednotiek n-heptánu, potom benzín má „oktánové číslo 95“. Oktánové číslo teda nevyjadruje obsah „oktánu“ ale
hovoríme, že sa chová ako zmes obsahujúca 95 % objemových jednotiek „izooktánu“, znamená to teda, že benzín má oktánové číslo 95 i keď žiadne oktány neobsahuje. Vyššie oktánové číslo znamená vyššiu odolnosť proti klepaniu a možnosť použitia vyššieho
kompresného pomeru a tým i vyššieho výkonu motora. Oktánové číslo sa u motorových benzínov zvyšuje prídavkom antidetonátorov -zlúčenín olova.

Detonačné spaľovanie:

Detonačné spaľovanie je negatívny jav, ktorý sa navonok prejavuje klepotavým zvukom. V princípe ide o nesprávne horenie zmesi v nesprávnom momente. Od chvíle, keď je zmes nasatá do valca dochádza k jej zahrievaniu prostredníctvom kompresie a v okamžiku, keď má dôjsť k zážihu je jej teplota na hranici samovznietenia. Vtedy sa zapáli pomocou iskry zapaľovacej sviečky. Pokiaľ zmes vzplanie sama od seba, je jej prehorenie nehomogénne a teda aj nekvalitné. Vzhľadom na to že spaľovaná zmes (teda jej plameň) pred sebou tlačí ešete nespálenú zbytkovú zmes, tlak logicky narastá až prekročí charakteristický bod samovznietenia zmesi. Tento stav sa udeje tak rýchlo že horenie sa zrýchli rádovo na tisícky metrov za sekundu, čo je nadzvuková rýchlosť ktorá sa prejavuje rázovou vlnou. Táto sa v priestore valca šíri a odráža sa od vnútorných stien spaľovacieho priestoru. Tieto zvuky je možné rozoznať sluchom, preto sa jav nazýva laicky „klepanie motora” (niekedy absolútne nesprávne: klepanie ventilov).

Okrem okamžitej straty výkonu má tento jav dlhodobo neblahý vplyv na životnosť katalyzátora i celého motora. Odolnosť paliva voči samovznieteniu určuje oktánové číslo. Čím je vyššie, tým vyššia je teplota nutná k samovznieteniu paliva a teda vyšší tak. Tlak vo valci sa dá zvýšiť dvoma spôsobmi.Zvýšením kompresného pomeru alebo preplňovaním teda - turbom.

BMW motory zabraňujú detonačnému spaľovaniu niekoľkými spôsobmi. Manažment riadenia motora (DME) je schopný za pomoci vstupných údajov z lambda sondy a kyslíkovej sondy v súčinnosti z meraním prietoku vzduchu a jeho teploty pri nasávaní (MAF senzor) určiť vzájomné hodnoty spáleného a spaľovaného. Za pomoci takzvaného klopacieho senzora, ktorý vysiela krátke signály pri zaznamenaní najmenších detonačných explózii, DME jednotka motora okamžite v zlomku sekundy prečasuje zapaľovanie sviečok.
V súčinnosti z dvojitým systémom časovania ventilov (DOUBLEVANOS) ktoré okrem iného zabezpečuje takzvanú vnútornú recirkuláciu spalín a elektronickej škrtiacej klapky (modely roku 2001) redukuje DME všetky faktory apríčiňujúce klepanie benzínu ako aj jeho efektívnejšie využitie vo vsťahu k výkonu a spotrebe.

Náchylnosť k detonačnému spaľovaniu u motora bez DME sa zvyšuje kompresným pomerom valca. Svojím spôsobom sú BMW motory schopné aj napriek vyššiemu kompresnému pomeru efektívne spaľovať benzín z nižsím oktánovým číslom (teda pri vyššom kompresnom pomere viac náchylné na klepanie) rovnako ako s vyšším oktánovým číslom práve vďaka schopnosti automaticky prečasovať zapaľovanie a dobu trvania zatlačenia ventilov a ich rozsahu účinnosti.

Kompresný pomer motorov BMW päťkovej série e39 nájdete v nasledujúcej tabuľke.



Výkonové charakteristiky podľa tabuľky a teda na každý typ motora jeho papierový výkon sú vždy udávané pri palive o oktánovom čísle 98. Na túto hodnotu boli motory konštruované. Ako je zrejmé s tabuľky BMW motory používajú ideálny kompresný pomer 1:10 a nejaké drobné.


Tabuľka ideálneho motora bez možnosti regulácie zapaľovania vo vsťahu ku kompresnému pomeru a oktánovému číslu. Namerané hodnoty skúšobným motorom ktorým sa definuje oktánové číslo paliva.



Podľa hore uvedenej tabuľky charakteristík palív vo vsťahu ku kompresnému pomeru spadá komresný pomer 1:10 do oblasti paliva z oktánovým číslom 100. Inak povedané motor bez schopnosti automaticky regulovať sám seba a bez možnosti regulovať predstih zapaľovania ktorý je podľa definície oktánového čísla trinásť stupňov pred hornou úvraťou piesta VYŽADUJE palivo minimálne o 100 oktánoch aby sa zabránilo samovoľnej detonácii. Zmenou nastavenia zapaľovania je teda možné oktánové číslo paliva znižovať a zároveň tak predísť detonačnému spaľovaniu.

Vzhľadom na trhový mechanizmus a možnosť nakupovať aj benzín nižšieho oktánového čísla ktorý je lacnejší ako benzín vyššieho oktánového čísla bolo potrebné toto vyriešiť. To je aj dôvod prečo je v manuále k BMW napísané že motor má rozsah použitia paliva od 95 do 98 a pri 98 oktánovom benzíne, ja ako používateľ dosiahnem "vyšší výkon" a "nižšiu spotrebu". Pri použití nižšieho oktánového čísla DME jednotka nastaví motor tak aby pracoval akoby v režime "nižšieho kompresného pomeru" ako obvykle. Rozdiel je ale takmer úplne zanedbateľný, pretože oktánové čísla sa merajú pod záťažou v rovnakých podmienkach. Teda teoretický rozdiel kompresného pomeru z 1:10 na 1:9,9 nie je takmer cititeľný.

Rozdiel výkonnosti motora neurčuje teda použité palivo ale jeho konštrukcia.

V praxi pri tankovaní z tej istej pumpy som pocítil rozdiel v spotrebe pri 98 oktánovom palive len na okreskách a v meste a na diaľnici sa jednalo o identickú spotrebu paliva aj pri nižšom oktánovom čísle. Čo vysvetľuje zasahovanie VANOSU v rozsahu nižších otáčok (okresky a mesto) do efektivity spaľovania nespáleného a teda nižšiu spotrebu. Pri vyšších otáčkach teda nad 3000 VANOS úplne eliminuje recirkuláciu spalín a zabezpečuje maximum prísunu kyslíka. Toto všetko ale súvisí s konštrukciou motora a nie z oktánovým číslom paliva. Výkonový rozdiel som nepocítil absolútne žiadny.

Absolútny puntičkári:
*Spaľovanie okrem hore uvedeného ešte ovplyvňuje nadmorská výška teda atmosférický tlak a teplota okolného vzduchu.
*Odporúča sa preto na zimu skôr tankovať 95tku a v lete 98mičku.
*98mičku sa odporúča viac tankovať motorom z vyššími výkonmi ako sú trojlitre a vyššie.
*Tankovať skoro ráno do chladnej nádrže...

použité zdroje:

http://www.faqs.org/faqs/autos/gasoline-faq/part3/
http://en.wikipedia.org/wiki/Internal_combustion_engine
http://en.wikipedia.org/wiki/Octane_rating
http://en.wikipedia.org/wiki/BMW_5_Series_(E39)
http://argyrides.eu/bmw/features/features.htm

dobra praca.
tento clanok mozno aj mnohym objasni preco sa napr v usa pouzivaju auta s vysokym obsahom.
je to prave kvoli detonaciam nakolko benzin (gazolin) v amerika ma ledva 90 oktanov tak tam maju auta s velkym objemom valca a malym kompresnym pomerom aby bola lepsia prehoratelnost paliva.
este raz dobra praca

super-myslim ze takato osveta nie je na skodu - kedze vacsina si mysli opak - cim vyssie oktanove cislo tym to je vybusnejsie palivo - nie len ma dlhsiu dobu horenia co potlaca detonacie

doplnil by som k tomu jeden mechanizmus ktory nebol spomenuty a je v tomto dolezity - knock senzor - jednoduchy elektromechanicky prvok pripevneny na blok motora snimajuci detonacie motora - z neho potom ide povel ECU motora. Pokial detekuje detonacne horenie na zaklade udaja z knock senzoru - znizuje ECU predzapal - cim defacto dochadza prave k spominanemu efektu znizenia vykonu. Pri vadnom knock senzore ECU reaguje tym ze defaultne znizi prezapal ako keby bolo detekovane detonacne spalovanie (safe mode).

Detonacie negativne ovplyvnuju aj neodborne upravy "tunerov" pouzitim napr zapalovacich sviecok s vyssou teplotou (sviecka odvedie menej tepla ako je zelane) alebo nebodaj nespravne (zasahuje viac do spalovacieho priestoru ako ma seriova) - mozu vznikat samozapaly este pred ziadanym momentom zapalenia palivovej zmesy co sa opat prejavuje ako detonacia.

Vysledkom detonacneho horenia mozu byt prepalene piesty (diera v pieste) - cize fatalna havaria motora. Neprospieva to ani loziskam (kluka, ojnice)

pri ladeni motorov sa okrem snimania knockingu (cez sluchatka napr) snima bohatost zmesi - AFR - prave chudobna zmes je nebezpecna pre vznik detonacii. pre krizovu kontrolu sa zvykne este merat parameter EGT - teplota vyfukovych plynov kde skuseny ladic vie kde by sa mala tato teplota pohybovat.

pravidelnou kontrolou sviecok sa da aj v amaterskych podmienkach bez vybavenia zistit ci motor spravne spaluje - ak su elektrody svetlo sive az biele - motor spaluje chudobnu zmes a tym je vacsie riziko jeho poskodenia detonaciami.

pre istotu sa spytam, mam E46 M3 US verziu... na ake oktanove cislo je stavany tento motor? zatial som capoval iba V-Power Racing ...

kačo napísal:

pre istotu sa spytam, mam E46 M3 US verziu... na ake oktanove cislo je stavany tento motor? zatial som capoval iba V-Power Racing ...

dobra otazka,tiez by ma zaujimalo ako je to vyriesene. viem napriklad ze vw bora ale stara mala znizeny kompresny pomer oproti EU a tiez mala volnobezne otacky nieco na 1000

Skus sa pozriet do manualu k autu ak ho mas.

V USA sa benzin tusim oznacuje normou AKI co je Anti-Knock Index.

V Europe a u nas je norma RON (Research Octane Number). Druhou normou urcovania oktanoveho cisla je MON (Motor Octane Number).

AKI sa da vysvetlit ako priemer. Vysledne hodnoty RON a MON sa scitaju a vydelia dvoma. Ak mas teda v manuali napisanu hodnotu GASOLINE AKI je to spravidla 4 az 5 bodov nizsia norma ako v Europe.

Standardne palivo v USA je 91-92RON respektive 82-83MON respektive 87AKI
Super plus Nemecko, UK, Francuzsko, Spanielsko, Slovnisko 98RON teda 89-90MON teda 93-94AKI

Shell V-Power Racing Malaizia je 100RON. Neviem ako je to s tym Shell V-Power inde ako v Malajzii ale ak ma 100RON je to vlastne iso-octane cize ten zaklad s ktoreho sa to vsetko pocita cize 100RON 100MON 100AKI