Глава 12

Топливо

Самое главное в жизни любого мотора – как и живого существа – это правильное сбалансированное питание. За свою жизнь автомобиль съедает две-три тысячи тонн топлива! И качество этой пищи имеет первостепенное значение для долговечности двигателя. Даже несколько литров некачественного бензина или солярки способны если не начисто угробить сердце машины, то уж обеспечить дорогостоящий ремонт – совершенно точно. Между тем многие водители льют себе в бак все что ни попадя, иногда от безразличия, а иногда и просто из непонимания. Вот им-то и предназначена данная глава: глава о его величестве Топливе.

Начнем с бензина

12.1.1 Октановое число

Классифицируются бензины только по двум параметрам: одному из октановых чисел и содержанию свинца.

Откуда появилось октановое число? Дабы пролить свет на свойства топлива и их охарактеризовать, химия выделила из своего арсенала два углеводорода:

– гептан: это типичный враг и диверсант, поджигатель и подлое существо. По мнению химиков, это стопроцентный детонатор.

Гептан коварен, очень хорошо загорается без всяких видимых причин. Горит бестолково, не принося особой пользы. Таким образом гептан вообще не обладает антидетонационной стойкостью – октановое число равно нулю.

– октан (точнее, изооктан) – это настоящий стахановец. Он мало поддается детонации, горит старательно, долго и горячо. Октановое число равно 100%.

Дальше все просто: чем больше в топливе изооктана, тем выше детонационная стойкость. Отсюда и октановое число: если октановое число бензина равно «91», то это значит что он сдетонирует при той же степени сжатия что и изооктан, на 9% разбавленный гептаном – и вся наука.

Разумеется, в действительности бензин – это отнюдь не смесь изооктана и гептана, и поэтому ведет себя совсем не так, как эта парочка. Октановое число бензина определяется с помощью измерений. А это такая штука: как померишь октановое число, то такой ответ и получишь. На практике используются два метода измерения детонационной стойкости бензина, зафиксированные в ГОСТе. Это:

1) Исследовательский метод. Например, АИ-93 или RON-93 – это октановое число, полученное по исследовательскому методу (ГОСТ 8226) поэтому и в названии стоит обозначение: «И», «АИ-80» (он же А-76).

Принято считать что этот метод определяет октановое число при работе двигателя на переходных режимах. В действительности, разумеется, в современных высокофорсированных двигателях все происходит не совсем так, как в тесте – но это, разумеется, еще не повод менять название метода.

2) Моторный тест. Так вычисляется, например, A-76 и MON-76. Этот метод определяет детонационную стойкость при продолжительной работе в более жестком режиме, чем при исследовательском методе (меньше теплоотвод, больше обороты).

Октановые числа для наиболее распространенных наших бензинов соотносятся примерно так:

А-80 (исслед) = A-76 (моторн)

АИ-91 (исслед) = A-82, 4 (моторн)

АИ-92 (исслед) = A-83 (моторн)

АИ-93 (исслед) = A-85 (моторн)

АИ-95 (исслед) = A-87 (моторн)

АИ-98 (исслед) = A-89 (моторн)

Еще существует октановый индекс: это среднее значение между октановым числом по моторному и исследовательскому тестам.

Теперь практический вопрос: что такое «А-92», продаваемый на наших автозаправках?

Ответ неверный! На самом деле это «А-83». Так что, если в паспорте вашего японского джипа написано, что он работает на «89-м» бензине – не спешите разбавлять наш «АИ-92», залейте лучше «АИ-98»! Это как раз MON-89 и получится.

Из-за путаницы с ведомственными ТУ, экспортными обозначениями и ГОСТами буква «И» в «АИ» не всегда появляются перед цифрой, обозначающей октановое число, измеренное по исследовательскому методу. Отсюда и появляются всякие «А-92», которых в природе не существует и которые на самом деле «АИ».

12.1.2 Степень сжатия

На первый взгляд тут все понятно: чем выше степень сжатия и октановое число бензина, тем выше КПД и удельная мощность. Самый простой способ поднять тактико-технические данные моторов – это увеличить степень сжатия за счет качества топлива. Но зато двигатели с низкой степенью сжатия получаются устойчивыми к условиям эксплуатации и применяемым топливам.

Раньше многие автовладельцы стремились переделать моторы c «93-го» на «76-й», вкладывая под головку блока лишнюю прокладку и тем самым уменьшая степень сжатия. Результат: более дешевый бензин, но и значительно больший расход. Поэтому экономия оказывалась крохотной, а вот характеристики двигателя сразу падали.

Почему?

Как известно, увеличение сжатия газа вызывает почти линейный рост его температуры. А чем выше температура, тем сильнее испаряется бензин и тем мельче становятся капельки еще не испаренного топлива, и тем теснее контакт (больше площадь соприкосновения) между воздухом и топливом. В бензиновом моторе топливо поджигает свеча и от нее распространяется фронт пламени (во всяком случае, именно на это рассчитана камера сгорания). А чем лучше контакт топлива с воздухом, тем выше скорость распространения фронта пламени. Значит, топливо может сгореть и выделить необходимое тепло за более короткое время. Все это необходимо, чтобы иметь хорошие обороты, и следовательно, – добавочную мощность (смотри п. 4.2.5). У современных машин фронт пламени распространяется со скоростью от 10 до 60 м/с.

12.1.3 Детонация

Но красивую, изящную картину работы двигателя легко может испортить детонация – самопроизвольное возгорание топлива непонятно где.

Как мы знаем, чем выше октановое число, тем выше детонационная стойкость, но при этом и медленнее распространение фронта пламени. Казалось бы, все просто: заливай высококтановое топливо и не будет детонации. Но на самом деле это помогает далеко не всегда, поскольку у бензина в процессе сгорания слишком много времени для детонирования. Ведь волны сжатия от расширяющегося горячего газа распространяются по камере сгорания со скоростью звука, а фронт пламени – значительно медленнее. А раз есть волны сжатия, да еще и плоская горячая камера сгорания, то на отдаленных ее уголках топливо, не дожидаясь фронта пламени, начинает воспламеняться само, и в нем происходит цепная реакция детонации: камера буквально наполняется множеством маленьких взрывов.

Скорость распространения детонации в десятки раз выше чем у нормального фронта пламени. Но вместо того, чтобы толкать поршень, она создает очень мощные волны сжатия, которые, к тому же, имеют резонаторный характер: взрывные волны порождают себе подобных. Камера сгорания бьется в конвульсиях и звенит, не проводя при этом нормальной работы, мощность падает.

Кстати, при детонации водитель слышит звон детонационных волн, а не звук соударения металлических деталей, как это принято считать…

Соответственно, для избавления от детонации необходимо либо добавить топлива с более высоким октановым числом, которое не так жизнерадостно заниметься самоподрывом, либо поджигать топливо попозже, чтобы фронт пламени распространялся уже в момент рабочего хода поршня, когда камера сгорания расширяется и давление потихоньку падает. Но вот беда – если бензин горит не в верхней мертвой точке, а опосля, он успевает сделать меньше работы. Расход топлива растет, мощность двигателя падает.

Собственно, умение инжекторных машин экономить бензин заключается именно в способности определять зарождение детонации (с помощью специального датчика) и поддерживать момент поджигания смеси на тонкой границе между предельно ранним зажиганием и возникновением детонации.