Βενζίνες Υψηλών Οκτανίων.

Η ποιότητα ενός καυσίμου εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όμως σαν καταναλωτικό προϊόν οι βενζίνες χαρακτηρίζονται κυρίως (και ίσως μόνο) από τον αριθμό οκτανίου, τι ακριβώς όμως εκφράζει το νούμερο αυτό?

Ο αριθμός οκτανίου είναι μια συμβατική μονάδα μέτρησης που μας δίνει πόσο αντέχει να συμπιεστεί ένα καύσιμο χωρίς να εκραγεί. Το ισο-οκτάνιο έχει μεγάλη αντοχή σε συμπίεση ενώ το n-επτάνιο αναφλέγεται εύκολα με μικρή συμπίεση, οπότε ο αριθμός οκτανίου μας δίνει την αντιστοιχία της βενζίνης με το ανάλογο μίγμα ισο-οκτανίου / n-επτανίου που θα είχε την ίδια συμπεριφορά ως προς τη συγκεκριμένη ιδιότητα.

Δηλαδή βενζίνη 95 οκτανίων αντέχει να συμπιεστεί χωρίς να δημιουργηθεί εκρηκτική ανάφλεξη όσο και ένα μίγμα οκτανίού/επτανίου με 95% οκτάνιο και 5% επτάνιο.

Γιατί χρειαζόμαστε όμως καύσιμα με υψηλή αντοχή σε αυτανάφλεξη? Η απάντηση είναι γιατί η απόδοση του κινητήρα εξαρτάται από την σχέση συμπίεσης, το πόσο δηλαδή θα συμπιέσει ο κινητήρας το μίγμα αέρα / καυσίμου πρίν αυτό εκτονωθεί. Αν χρησιμοποιήσουμε σε έναν κινητήρα βενζίνη χαμηλότερης αντοχής (με μικρότερο αριθμό οκτανίου) απ'όσο προβλέπει ο κατασκευαστής του τότε θα δημιουργήσουμε φθορές ή και σοβαρή βλάβη η οποία οφείλεται αφενός στο ότι το καύσιμο δεν αναφλέγεται την στιγμή που πρέπει και αφετέρου στο ότι δεν αναφλέγεται με ομαλό και ελεγχόμενο τρόπο. Στην περίπτωση αυτή έχουμε κρουστική ανάφλεξη δηλαδή το καύσιμο μίγμα αναφλέγεται ταυτόχρονα δημιουργώντας πολλά μέτωπα φλόγας και κάθετη αύξηση πίεσης (έκρηξη) σε αντίθεση με την βαθμιαία αύξηση πίεσης που προκαλεί το μέτωπο φλόγας που δημιουργείται από τον σπινθήρα.

Οι παράμετροι που θα καθορίσουν το καύσιμο που είναι κατάλληλο για τον κάθε κινητήρα είναι 3, η γεωμετρική σχέση συμπίεσης, η ηλεκτρονική διαχείριση του καυσίμου και της ανάφλεξης και η ύπαρξη υπερτροφοδότησης.


1).Η γεωμετρική σχέση συμπίεσης ορίζεται από τον λόγο του όγκου του κυλίνδρου με το έμβολο στο ΑΝΣ (άνω νεκρό σημείο) προς τον όγκο του κυλίνδρου στο ΚΝΣ (κάτω νεκρό σημείο). Η γεωμετρική σχέση συμπίεσης είναι συγκεκριμένη και σταθερή για κάθε κινητήρα, μπορεί να αλλάξει μόνο με μετατροπές (αλλαγή εμβόλων πχ) και παραμένει αμετάβλητη όσο ο κινητήρας λειτουργεί.


2).Η ηλεκτρονική διαχείριση καυσίμου και ανάφλεξης είναι αρκετά πιο περίπλοκο ζήτημα.

Σε ένα εμβολοφόρο κινητήρα θεωρητικά η ανάφλεξη πρέπει να γίνει τη στιγμή που το έμβολο βρίσκεται στο ΑΝΣ (άνω νεκρό σημείο), λίγο πριν και τα καυσαέρια θα εμποδίσουν το έμβολο όσο ανεβαίνει προς το ΑΝΣ ενώ λίγο μετά και θα έχει σπαταληθεί μέρος της προς τα κάτω διαδρομής του εμβόλου χωρίς να παραχθεί έργο.

(κινητήρας με ξεχωριστό πηνείο ανά μπουζί και εξελιγμένη ηλέκτρονική ανάφλεξη - photo SAAB)


Η λέξη θεωρητικά εδώ όμως έχει μεγάλη σημασία, στην προηγούμενη παράγραφό θεωρήσαμε πως η ανάφλεξη γίνεται στιγμιαία, πράγμα που μπορεί προσεγγιστικά να ισχύει σε βραδύστροφους κινητήρες αλλά απέχει πολύ από την πραγματικότητα στους περισσότερους κινητήρες αυτοκινήτων και μοτοσικλετών. Στην πράξη θέλουμε η ανάφλεξη να γίνει την κατάλληλη χρονική στιγμή ώστε να μην επιβραδύνει το ανερχόμενο έμβολο (πριν το ΑΝΣ) και να μην σπαταληθεί ωφέλιμη διαδρομή του εμβόλου προς τα κάτω (μετά το ΑΝΣ).
Το καύσιμο μίγμα χρειάζεται ένα δεδομένο χρόνο για να καεί και όσο ο κινητήρας δουλεύει με περισσότερες στροφές ανά λεπτό ο χρόνος αυτός μειώνεται. Η ιδανική στιγμή για την ανάφλεξη είναι η δημιουργία της μέγιστης πίεσης των καυσαερίων τη στιγμή που το έμβολο βρίσκεται στο ΑΝΣ, άρα σε υψηλές στροφές λειτουργίας ο σπινθήρας δημιουργείται όταν ακόμα το έμβολο ανεβαίνει ώστε μέχρι το ΑΝΣ να έχει σχηματιστεί η μέγιστη δυνατή πίεση των καυσαερίων. Το χρονικό αυτό διάστημα, απο τον σπινθήρα μέχρι το ΑΝΣ ονομάζεται μηχανισμός προπορείας σπινθήρα (Avance) και στα σύγχρονα αυτοκίνητα και μοτοσικλέτες ρυθμίζεται απο την ηλεκτρονική ανάφλεξη.

Αν η ηλεκτρονική ανάφλεξη είναι αρκετά εξελιγμένη και υπάρχει αισθητήρας προανάφλεξης τότε ο κινητήρας ακόμα και αν είναι ρυθμισμένος για βενζίνη 98 οκτανίων μπορεί να λειτουργήσει και με υποδεέστερο καύσιμο. Στην προκειμένη περίπτωση ο σπινθήρας και η ανάφλεξη δημιουργούνται νωρίτερα από το ιδανικό χρονικό σημείο κατά την άνοδο του εμβόλου . Αυτό μπορεί να μειώνει την απόδοση του κινητήρα αλλά δεν αφήνει το καύσιμο μίγμα να συμπιεστεί πέραν της αντοχής του και αποτρέπονται τα φαινόμενα κρουστικής ανάφλεξης. Οι σύγχρονοι κινητήρες μπορούν να αντέξουν διακυμάνσεις στην ποιότητα του καυσίμου ως προς την αντοχή του σε προανάφλεξη και ως ένα βαθμό να εκμεταλλευτούν καύσιμο περισσότερων οκτανίων από αυτό που δίνει ο κατασκευαστής. Στην πράξη όμως οι δυνατότητες των συστημάτων ανάφλεξης είναι σχετικά περιορισμένες, σε αυτοκίνητα έμμεσου ψεκασμού οι διαφορές από χρήση βενζίνης υψηλών οκτανίων είναι ελάχιστες και συνήθως μη ανιχνεύσιμες. Στις μοτοσικλέτες που συνήθως έχουν μεγαλύτερη γεωμετρική σχέση συμπίεσης αλλά και πολύστροφους κινητήρες οι διαφορές ίσως είναι μεγαλύτερες αλλά και πάλι είναι μικρές.

Θα μπορούσαμε να ρυθμίσουμε έναν κινητήρα να δουλεύει με βενζίνες υψηλών οκτανίων αλλά τότε θα τον περιορίζαμε στο συγκεκριμένο καύσιμο και ίσως να είχε πρόβλημα να λειτουργήσει σωστά με βενζίνη 95 οκτανίων (απλή αμόλυβδη).

Οι κινητήρες με άμεσο ψεκασμό βενζίνης εκτός από την εξελιγμένη ηλεκτρονική διαχείριση της ανάφλεξης χρησιμοποιούν και προέγχυση καυσίμου, ψεκασμό πολλαπλών φάσεων και στρωματική καύση οπότε μπορούν να εκμεταλλευτούν ενα καλύτερο καύσιμο ενώ έχουν και την ευελιξία ωστε να δουλεύουν απροβλημάτιστα και με απλή αμόλυβδη. Οι δυναμομετρήσεις τέτοιων κινητήρων δείχνουν πως υπάρχει πολύ μεγαλύτερη βελτίωση από την χρήση βενζίνης υψηλών οκτανίων σε σχέση με τούς συμβατικούς κινητήρες.


3).Υπερτροφοδότηση, στους υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες η μέγιστη συμπίεση του καυσίμου εξαρτάται και από το σύστημα υπερπλήρωσης. Ανάλογα και με την παροχή του συμπιεστή το μίγμα που εισάγεται στο κύλινδρο είναι περισσότερο από όσο θα έμπαινε υπό ατμοσφαιρική πίεση οπότε όντας ήδη υπό πίεση συμπιέζεται ακόμα περισσότερο. Παρόλο λοιπόν που η γεωμετρική σχέση συμπίεσης είναι συγκεκριμένη και σταθερή, η πραγματική σχέση συμπίεσης μεγαλώνει ανάλογα με την επιπλέον παροχή καυσίμου μίγματος του συμπιεστή.

(κινητήρας με άμεσο ψεκασμό και στροβιλοσυμπιεστή εξάτμισης από Audi TT RS - photo Audi)


Ανάλογα το πόσο εξελιγμένη είναι η διαχείριση (μέσω βαλβίδων ανακούφισης ή παρακαμπτηρίων κυρίως) του υπερτροφοδοτούμενου κινητήρα και φυσικά σε συνδυασμό με την ηλεκτρονική διαχείριση της ανάφλεξης και του ψεκασμού οι κινητήρες αυτοί μπορούν να έχουν σημαντικά ωφέλη απο βανζίνες υψηλών οκτανίων μιας και μπορούν να επηρεάζουν σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό απο τους ατμοσφαιρικούς το ποσοστό συμπίεσης του καυσίμου μίγματος.

Οι συγκριτικές δυναμομετρήσεις με απλή ή 100 οκτανίων αμόλυβδη σε σύγχρονα υπερτροφοδοτούμενα αυτοκίνητα δείχνει σημαντικά οφέλη με το καλύτερο καύσιμο και ίσως είναι τα μόνα αυτοκίνητα δρόμου όπου η χρήση τέτοιων καυσίμων έχει κάποιο ουσιαστικό όφελος.


Συμπεράσματα για βενζίνες υψηλών οκτανίων:


Βλέπουμε από τα παραπάνω πως κάθε κινητήρας μπορεί να δουλέψει χωρίς πρόβλημα με ένα μίνιμουμ αριθμού οκτανίου καύσιμο ενώ μπορεί να εκμεταλλευτεί έως και ένα μάξιμουμ οκτανίων καύσιμο. Για παράδειγμα με ενδεδειγμένο καύσιμο 95 οκτανίων μπορεί να δουλέψει ικανοποιητικά με 91 οκτάνια (με λιγότερα θα παρουσιάσει φθορές) και να αποδώσει λίγο καλύτερα με 98 οκτάνια (με περισσότερα δεν θα έχει κανένα όφελος σε απόδοση).
Συνήθως οι περισσότεροι κατασκευαστές επιλέγουν να εστιάσουν το φάσμα αυτό προς τα κάτω ώστε ο κινητήρας να δουλεύει με κακής ποιότητας καύσιμα χωρίς πρόβλημα οπότε τα περισσότερα οκτάνια δεν αποδίδουν παραπάνω.

Κάτι που θα πρέπει να σημειωθεί είναι η συνήθως καλύτερη ποιότητα των καυσίμων υψηλών οκτανίων, κάποιες εταιρίες τα διανέμουν σφραγισμένα από συγκεκριμένα διυλιστήρια διασφαλίζοντας έτσι την ποιότητά τους και πιθανώς μειώνοντας τις περιπτώσεις νοθείας. Σε αυτοκίνητα με άμεσο ψεκασμό που είναι αρκετά ευαίσθητα στην ποιότητα του καυσίμου η εξασφάλιση πως η βενζίνη δεν είναι νοθευμένη ή κακής ποιότητας μπορεί να αποτρέψει σημαντικές ζημιές στο σύστημα ψεκασμού.

Σε κάποιες περιπτώσεις έχουν αναφερθεί οφέλη στην κατανάλωση με χρήση βενζίνης υψηλών οκτανίων, ο μόνος τρόπος να επιτευχθεί κάτι τέτοιο είναι ο κινητήρας να αποδώσει μεγαλύτερη ισχύ οπότε αν λάβουμε σαν δεδομένο πως ο οδηγός έχει δεδομένες απαιτήσεις ισχύος τότε ο κινητήρας θα δουλέψει σε λιγότερες στροφές ή με λιγότερο γκάζι για να τις καλύψει άρα συνήθως θα καταναλώσει λιγότερο. Επίσης αν ένα καύσιμο (ασχέτως αριθμού οκτανίων) είναι καλύτερης ποιότητας από ένα άλλο θα αποδώσει καλύτερα άρα η παραπάνω ισχύς έχει σχέση και με την ποιότητα του καυσίμου. Επειδή και τα οφέλη σε κατανάλωση ουσιαστικά ανάγονται στην αύξηση αποδιδόμενης ισχύος η οποία στα περισσότερα καθημερινά αυτοκίνητα είναι αμελητέα και εννοείται όχι ανάλογη του επιπλέον κόστους (αύξηση ισχύος της τάξεως του 0,5% για αύξηση κόστους της τάξης του 25%). Σε άλλες περιπτώσεις βέβαια αναφέρεται αύξηση της κατανάλωσης οπότε το πιθανότερο είναι πως η κατανάλωση παραμένει πρακτικά αμετάβλητη όπως αμετάβλητη ουσιαστικά παραμένει και η αποδιδόμενη ισχύς.

Συμπερασματικά, αν έχετε ένα μέσο οικογενειακό αυτοκίνητο το πιθανότερο να μη δείτε καμία διαφορά από τη χρήση βενζίνης υψηλών οκτανίων, αν έχετε αυτοκίνητο με εξελιγμένο κινητήρα άμεσου ψεκασμού ή ανάλογης τεχνολογίας ή μηχανή υψηλών επιδόσεων θα δείτε μια μικρή βελτίωση ενώ ουσιαστικό όφελος θα έχουν κυρίως τα υπερτροφοδοτούμενα αυτοκίνητα σύγχρονης τεχνολογίας ή αυτοκίνητα με εξειδικευμένες βελτιώσεις και ειδικές ρυθμίσεις.