Октан (точнее, изооктан) – это настоящий стахановец. Он мало поддается детонации, горит старательно, долго и горячо. Октановое число равно 100 процентам.
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 детонирует при той же степени сжатия, что и изооктан, на 9 процентов разбавленный гептаном, – и вся наука.
Разумеется, в действительности бензин – это отнюдь не смесь изооктана и гептана, поэтому и ведет себя совсем не так, как эта парочка. Октановое число бензина определяется с помощью измерений. А это такая штука: как измеришь октановое число, такой ответ и получишь. На практике используются два метода измерения детонационной стойкости бензина, зафиксированные в ГОСТе.
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 в современных высокофорсированных двигателях все происходит не совсем так, как в тесте, но это, разумеется, еще не повод менять название метода.
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 как:
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?
На самом деле это А-83. Так что, если в паспорте вашего японского джипа написано, что он работает на 89 бензине – не спешите разбавлять наш АИ-92, залейте лучше АИ-98! Как раз MON-89 и получится.
Из-за путаницы с ведомственными ТУ, экспортными обозначениями и ГОСТами буква «И» в «АИ» не всегда появляется 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.
Степень сжатия
На первый взгляд, тут все понятно: чем выше степень сжатия двигателя 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 более устойчивыми к изменениям условий 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 его 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 неиспаренного топлива, 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. У современных машин фронт пламени распространяется со скоростью от 10 до 60 метров в секунду.
Детонация
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 меньше скорость распространения фронта пламени. Казалось бы, все просто: заливай высокооктановое 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 резонансный 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 звук детонационных волн, а не звон соударения металлических деталей, как это принято считать.
Для избавления от детонации необходимо либо добавить топливо с более высоким октановым числом, которое не так жизнерадостно займется самоподрывом, либо поджигать топливо попозже, чтобы фронт пламени распространялся уже в момент рабочего хода поршня, когда объем камеры сгорания увеличивается 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.
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.
В баке не тот бензин
Что бывает, если мы заливаем не тот бензин? Из всего вышесказанного уже ясно самое главное – чем выше октановое число, тем спокойнее происходят горение и распространение фронта пламени. Далее следуют простые, но правильные выводы.
✓ Если используется топливо с меньшим октановым числом, то неизбежно возрастут ударные нагрузки, проявляющие себя в виде детонационных стуков и звонов. Следствием этого будет повышенный износ двигателя, а иногда и облом перегородок между уплотнительными кольцами на поршнях. Кроме того, топливо сгорает не полностью и может догорать в нейтрализаторе. Мощные детонационные волны, распространяясь по деталям двигателя, не способствуют их равномерной смазке, а сгоняют, «стряхивают» масло с некоторых частей деталей.
✓ Если использовать бензин с октановым числом выше, чем это предусмотрено конструкцией двигателя, то и гореть бензин будет старательнее, отдавая большее количество тепла. Следовательно, часть деталей двигателя будет перегреваться (особенно это сильно скажется на клапанной группе), кроме того, вырастет расход масла, возможен даже перегрев всего двигателя. При этом двигатель работает на износ.
Но самое главное – пользы нормально отрегулированному двигателю от бензина с повышенным октановым числом не будет никакой. И если, заливая бензин с повышенным октановым числом в «жигуль», вы чувствуете, что он стал лучше тянуть, то вам стоит отрегулировать двигатель и он станет тянуть еще лучше и на обычном бензине, а детонация исчезнет практически на всех режимах.
Этилированный бензин
Чтобы не производить бензин с большим октановым числом по сложной технологии многократного крекинга, гении химической мысли однажды придумали добавлять в него тетраэтил свинца как антидетонационную присадку, чтобы замедлить горение топлива, а значит, придать ему свойства более высокооктанового. Что это дает?
✓ Для обычного мотора это плохо, но не очень, хотя свинец оседает в карбюраторе, на клапанах, свечах и вообще всюду, куда попадает. Некоторые старые моторы даже используют свинец как дополнительную жесткую смазку клапанов, и им этилированный бензин жизненно необходим. Для таких моторов выпускаются специальные присадки – заместители свинца.
✓ Для мотора с инжектором этилированный бензин – форменный яд. 10–20 литров этилированного бензина неминуемо выводят из строя лямбда-зонд (датчик кислорода). Дохлый зонд начнет вещать, что много воздуха остается неиспользованным, и компьютер начинает обогащать топливо. Более богатая смесь ведет к перегреву и догоранию топлива в глушителе. Если там вдобавок установлен нейтрализатор, который может работать только в очень узком диапазоне температур (не выше 900–950 градусов), то происходит следующее. Нейтрализаторы имеют керамическую (реже из фольги) основу, которая под воздействием повышенной температуры спекается и перекрывает выход выхлопным газам. Кроме того, повысится температура в камере сгорания и все начнет подгорать – поршни, клапаны.
