В НовГУ рассказали, как безопасно экономить топливо в бензиновых двигателях

07 сентября 2026, 11:11   31

Ученые НовГУ, Санкт-Петербургского и Российского государственных аграрных университетов уточнили математические формулы, которые предсказывают детонацию в бензиновых двигателях — основную причину их поломок. Раньше расчеты работали только для обычного режима, а теперь — и для экономичного, когда топлива подается меньше. Оказалось, что в таком режиме можно повысить мощность и экономичность двигателя без риска его поломки. Это особенно важно в ситуации топливного кризиса.

Авторы исследования от НовГУ — доцент кафедры автомобильного транспорта, инженер-механик Александр Капустин и доцент кафедры технологии производства и переработки сельхозпродукции Сергей Павлов.

Что такое детонация в двигателе?

Совсем не то, что многие видели в боевиках, когда взрывается и взлетает на воздух целый автомобиль. Детонация — лишь взрывное горение в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Вместо плавного сгорания смесь воспламеняется мгновенно, создавая ударную волну. Она буквально разбивает поршни, прогорают клапаны, разрушается головка блока устройства. Этот невидимый внешне процесс наносит большой ущерб автовладельцам, потому что является одной из главных причин внезапных поломок ДВС.

— Инженеры давно научились бороться с этим. Например, датчики стука улавливают характерную вибрацию в цилиндре, и электроника тут же корректирует момент зажигания или состав смеси, чтобы погасить взрыв. Но это пассивная защита — она реагирует на проблему, когда микроудары по поршню уже начались, — рассказывает Александр Капустин.

В чем проблема старых расчетов?

Для прогнозирования детонации используют математические модели. Одна из самых известных — формула Дауда и Ейза. Правда, она хорошо работает только для одного режима — так называемой стехиометрической смеси.

— Топливно-воздушная смесь — это то, что сгорает в цилиндре двигателя. Без нее мотор не работает, как огонь без кислорода и дров. Смесь бывает разной. Нормальная или стехиометрическая — когда бензина ровно столько, чтобы сгорел весь кислород из воздуха. Для бензина это примерно одна часть топлива на 14,7 частей воздуха. Богатая — когда бензина больше нормы. Такая смесь дает больше мощности, но потребляет много топлива. Бедной смесью называют такую, где воздуха больше, а бензина меньше. Это более экономичный режим и риск детонации в такой смеси ниже. Для экономии топлива современные двигатели все чаще переводят на бедные смеси. Поэтому использование старой формулы Дауда и Ейза приводило к ошибкам в расчетах, — говорит ученый.

Как одна буква спасет много автомобилей?

Ученые НовГУ совместно с коллегами решили эту проблему, добавив в формулу коэффициент избытка воздуха — показатель того, насколько смесь беднее или богаче стехиометрической. А еще учли так называемую турбулизацию заряда — искусственное завихрение топливно-воздушной смеси в цилиндре.

— Когда смесь закручивается, она быстрее и равномернее сгорает, что повышает мощность и экономичность. Но с другой стороны, завихрения ускоряют горение, а значит — могут спровоцировать детонацию, если их неправильно рассчитать. Поэтому турбулизацию тоже нужно учитывать в расчетах, и мы сделали это впервые, — говорит Александр Капустин.

В итоге получились новые формулы для бензина с октановым числом 92 и 100. Они работают именно в том диапазоне бедных смесей, где старые расчеты выдавали ошибку, то есть когда содержание воздуха в смеси колебалось на 20-80% больше, чем в идеальной пропорции.

Что показали расчеты?

Ученые построили графики, которые показывают, как сильно можно сжимать смесь в цилиндре ДВС, прежде чем начнется детонация. Степень сжатия — это то, насколько поршень сжимает горючую смесь перед поджигом. Чем сильнее сжатие, тем выше КПД и мощность, но тем опаснее это для возникновения детонации.

— Бедная смесь снижает риск детонации, но для таких смесей не было формул для ее расчета. С ростом степени сжатия эффект от обеднения слабеет, однако в реальных пределах — для обычных двигателей с искровым зажиганием — он остается достаточно высоким. Значит, можно проектировать ДВС с более высокой степенью сжатия, не опасаясь детонации: бедный режим смеси сам служит защитным барьером. Главное — заранее рассчитать границы безопасного обеднения для каждого двигателя, — поясняет исследователь.

Кому это поможет?

Особенно ценны новые формулы на фоне топливного кризиса — для экономии на этапе проектирования новых бензиновых поршневых двигателей. Разработчикам не придется собирать десятки опытных образцов с разными степенями сжатия и проводить дорогие стендовые испытания — достаточно сделать расчет по программе, выбрать оптимальный вариант и проверить всего один-два двигателя. Экономия времени и средств — многократная.

Также формулы помогут при переводе серийных дизелей на природный газ (метан), где сжигаются бедные смеси, а дизтопливо служит лишь для воспламенения. Предварительные расчеты по детонации значительно снизят затраты на экспериментальную доводку.

— Раньше для бедных смесей точных формул не было. Теперь мы точно определяем, когда детонации не будет, а значит, можно экономить топливо и проектировать более мощные и надежные двигатели без лишних расходов, — заключает Александр Капустин.

Читайте также:

Эксперты НовГУ рассказали, как скажется на продуктовой корзине топливный кризис

В НовГУ создали «неуязвимый» топливный бак для ретроавтомобилей «Волга»

Эту и другие новости читайте в официальном МАХ-канале Новгородского университета.