|
||||
|
|
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. 12.1.4 Подмена топлива Что бывает, если мы заливаем не тот бензин? Из всего вышесказанного, наверное, уже ясно самое главное – чем выше октановое число, спокойнее происходит горение и распространяется фронта пламени. Далее следуют примитивные, но правильные выводы: 1) Если используется топливо с меньшим октановым числом, то неизбежно возрастут ударные нагрузки, проявляющие себя в виде детонационных стуков и звонов. Следствие этого – повышенный износ двигателя, а иногда и облом перегородок между уплотнительными кольцами на поршнях. – кроме того, топливо сгорает не полностью и может догорать в нейтрализаторе; – кроме того, мощные детонационные волны, распространяясь по деталям двигателя, способствуют не равномерной смазке, а просто сгоняют, «стряхивают» масло с некоторых частей деталей. 2) Если использовать бензин с октановым числом выше, чем это предусмотрено конструкций двигателя, то и гореть бензин будет старательнее, отдавая большее количество тепла. Следовательно, детали части двигателя будут перегреваться, особенно это сильно скажется на клапанной группе, кроме того, вырастет расход масла, возможен даже перегрев всего двигателя. Так что при этом двигатель работает на износ. Но самое главное то, что 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, и детонация исчезнет практически на всех режимах. 12.1.5 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 – это форменный яд. 10-20 литров этилированного бензина неминуемо выводят из строя лямда-зонд (датчик кислорода). Дохлый зонд начнет говорить, что много воздуха остается неиспользованным и инжекторный компьютер начинает обогащать топливо. Более богатая смесь – это перегрев и догорание топлива в глушителе. Если там вдобавок установлен нейтрализатор (а он может работать только в очень узком диапазоне температур, не выше 900—950 градусов). Нейтрализаторы имеют керамическую (реже из фольги) основу, которая под воздействием повышенной температуры спекается и затыкает выход выхлопным газам. Кроме того, повысится температура в камере сгорания, и все начнет подгорать – поршни, клапана. Как отличить этилированный бензин? Практически никак – при желании все равно обманут. – цвет не является присущим для этилированного бензина признаком, его специально подкрашивают. Могут подкрасить, а могут и нет. – теоретически, в бак инжекторной машины не должен влезать пистолет колонки с этилированным бензином (по диаметру он должен быть больше 22 м, а 22 м – только для неэтилированного). Но это тоже вопрос честности. – «АИ-93» вообще запрещено производить этилированным, но и это вопрос честности. 12.1.6 Хранение Длительное и не длительное хранение бензина, особенно неправильное, способно его сильно попортить. С одной стороны, из него начинают выпадать смолы, с другой – он довольно быстро расслаивается на составляющие, с третьей – из него выпариваются наиболее ценные фракции, быстро снижая октановое число. Дело в том, что темная и малопонятная наука химия за эталон энергоемкости и антидетонационной устойчивости издавна приняла изооктан. А он, как позднее выяснилось, является отнюдь не самым устойчивым веществом. На самом деле существуют топлива, имеющие октановое число заметно больше 100%. Например: Пропан – 105% Метан – 107% Бензол – 113% Толуол – 115% антидетонационная присадка МТБТЭ – 117% Добавкой пропана или метана можно заметно повысить октановое число бензина, но и испаряются они буквально на глазах. Поэтому, во избежание ругани со стороны вашего двигателя, шума, звона и скрежета, лучше покупать бензин, произведенный не слишком далеко, и не запасаться топливом впрок – экономия получается весьма сомнительной. 12.2.1 Дизельное топливо По сути своей является просто жидким углем. Существует широко известная гипотеза о том, что изначально данный двигатель разрабатывался как двигатель внутреннего сгорания, работающий на угольной пыли. Отсюда и странный способ подачи топлива – впрыск прямо в рабочую зону, и странный метод поджигания – путем разогревания воздуха. Теоретически, дизель способен работать на любом топливе, от спирта и бензина до солярки и мазута. Но на практике нам приходится сталкиваться со множеством мелких нюансов, превращающих сухую теорию в бесполезное словоблудие. Эти нюансы называются ТНВД, форсунки и топливный цикл. Собственно, сама конструкция мотора грудью встала на пути у конструктора, не желая работать с абразивными материалами, в результате чего уголь так и не стал для нефти конкурентом. Зато в дизелях нашлась работа для остающихся в нефти после выделения бензина тяжелых фракций, тоже обладающих не самым лучшим характером. Так что дело изобретателя живет, и мы продолжаем мужественно сражаться с теми же проблемами, что и он. Они связаны: 1) Запросы Топливного Насоса Высокого Давления (ТНВД). Это довольно сложный механизм, детали которого сопрягаются с очень высокой точностью. Достаточно сказать, что поршни его ходят в цилиндрах без всяких уплотнений (плунжерная пара), но при этом топливу не удается проскользнуть вдоль стенки цилиндра не смотря на давление в сотни атмосфер. Насос высокого давления смазывается топливом, благо солярка по своим характеристикам не сильно отличается от масла, поэтому попадание в топливо посторонних примесей, способных смыть смазывающую пленку и обеспечить «сухое» трение практически сразу выводит насос из строя. К подобным жидкостям относят, например, воду. Или бензин со спиртом в излишне большом количестве. Точно так же угробить насос способны механические примеси, или просто смолистые составляющие в излишне большом количестве. Кроме того, опять же из-за высокой точности подгонки деталей, насос высокого давления очень плохо переносит коррозию, которая, как известно, быстро возникает в местах пребывания воды или иных едких химикатов – в первую очередь, различных соединений серы. Кроме того, для исправной работы ТНВД топливо не должно быть вязким, дабы его было легко проталкивать через трубопроводы и форсунки, и обязано быть вязким, чтобы не протекать под давлением между стенками поршня и цилиндра, сгорать как можно полнее и хорошо смазывать детали. Такая вот дилемма. 2) Форсунки. Вынуждены работать в условиях высоких температур, в которых, как известно, все химические процессы протекают намного быстрее. Посему они очень чувствительны к различного рода агрессивным примесям. Например, сере. Если вспомнить учебник по химии для средней школы, то можно узнать, что серная кислота получается путем смешивания закиси серы с водой. В процессе сгорания дизтоплива именно водяной пар рождается в очень большом избытке – а значит, окислам серы всегда есть где растворяться. Форсунки любят жидкое топливо, которое хорошо распыляется на очень мелкие фракции, но его же они и не любят, поскольку излишне жидкое горючее начинает подтекать в цилиндр в нерабочие фазы цикла. 3) Топливный цикл. Единственный участник всего процесса, который любит топливо просто пожиже, без всяких парадоксов. А любит он жидкое топливо потому, что процесс работы с ним происходит очень быстро. То есть, если в бензиновом двигателе всегда есть некоторое время на дополнительное измельчение и испарение мелких капелек, до момента проскакивания искры, то в дизеле все происходит сразу: впрыснули, и все, будь любезен – гори. 12.2.2 Цетановое число Как ни странно, но в дизеле, как и в бензиновом моторе, чем хуже горит топливо – тем лучше для его работы. Жесткость работы дизеля напрямую зависит от темпа нарастания давления в цилиндре. Например, при темпе в 3-4 кг/см2 на 1° поворота коленвала двигатель работает мягко. При 6-8 кг/см2 – жестко, более 10 кг/см2 – очень жестко. Чрезмерно жесткая работа означает и чрезмерные нагрузки, опасные для кривошипно-шатунного механизма и поршневой группы. Способность дизельного топлива к самовоспламенению и возможному возникновению жесткой работы оценивается цетановым числом. Это условная величина, определяемая на специальной установке. Эталонным топливом здесь служит смесь цетана и a-метилнафталина, причем уровень в 100 единиц принят для чистого цетана, а нулю число соответствует, когда в горении участвует только а-метилнафталин. При снижении цетанового числа ухудшаются показатели рабочего цикла дизеля – падает мощность, заметно возрастают жесткость работы и износ деталей. Если значение опускается ниже 40 единиц, запуск двигателя проблематичен даже в теплое время. Нормальный же пуск и мягкая работа дизеля обеспечиваются на дизельном топливе с цетановым числом не ниже 45 единиц. К сожалению, если при заправке плохим бензином октановое число топлива еще можно хоть как-то повысить, заправившись более дорогим – и смесь станет работать лучше, то с соляркой вопрос хуже. Автозаправки кормят нас неким обезличенным «дизтопливом», состав которого неизвестен никому, и единственное, что можно сделать – так это, обнаружив «жесткую» работу после заливки бака, больше никогда к этой колонке не подъезжать, поискав себе что-нибудь более качественное. Вопрос с вязкостью стоит не так жестко, поскольку на нее хоть как-то можно влиять. 12.2.3 Вязкость Топливо для высокооборотных дизелей имеет нормируемое значение кинематической вязкости при 20°С – от 1, 5 до 6, 0 мм2 /с. При снижении вязкости топлива неизбежно уменьшается давление в магистрали за счет перетечек и потерь в плунжерной паре. Одновременно появляется подтекание через распылители форсунок – а это повышает нагарообразование и дымность выхлопа. Кроме того, маловязкое топливо заметно увеличивает износ ТНВД из-за ухудшения смазки. Чрезмерная вязкость топлива – тоже не подарок. Она приводит к ухудшению смесеобразования и сгорания – из-за затруднения распыла и дробления капель топлива. Одновременно ухудшается и его прокачиваемость через фильтры. Вязкость дизтоплива, как известно, понижается с нагревом и, наоборот, увеличивается при низких температурах. Чем выше значение вязкости при 20°С, тем сильнее изменения, происходящие с топливом при понижении температуры. Летние сорта топлива уже при минус 3-5°С загустевают и перестают прокачиваться через топливный фильтр. Это обычно соответствует так называемой температуре помутнения, то есть началу кристаллизации парафинов, содержащихся в топливе. При температуре примерно – 10°С такое топливо застывает. Добавление в дизтопливо керосина или бензина не решает проблемы в целом – при этом существенно ухудшаются другие свойства топлива. Поэтому в межсезонный период, когда велика вероятность отсутствия на заправке зимнего топлива, наиболее правильно применять так называемые депрессорные присадки. На наших заправках, к сожалению, нередки случаи, когда, на протяжении нескольких первых нескольких недель после начала холодов в баки попадает летнее топливо или, в лучшем случае, смесь летнего и зимнего – несмотря на уверения работников АЗС, что сорт топлива зимний, 12.2.4 Сера В предыдущих главах уже не раз упоминалось про повышенное содержание серы в топливе, приводящее к различным неприятностям. Здесь и коррозия, и большое количество твердого и плотного нагара, и ускоренное окисление масла. По статистике, при увеличении содержания серы с 0, 2 до 0, 5%, износ двигателя возрастает примерно на 25%. А 0, 5% – это предельный уровень по ГОСТ 305-82. Кстати, в зарубежном дизтопливе содержание серы обычно составляет 0, 05-0, 1% – в 10 раз меньше, чем в российском! Теперь – Внимание! Поскольку из-за повышенного содержания серы в российском топливе в двигателе образуется на порядок больше смолистых отложений и больше стекает едких примесей, содержащиеся в моторном масле присадки расходуются так же на порядок быстрее (смазывающие окисляются, моющие загрязняются). А значит – моторное масло необходимо менять вдвое чаще, нежели рекомендует зарубежный производитель автомобиля! Если вы, прочитав эти строки, решили расстегнуть свой кошелек пошире, и потрать побольше денег на заправку высококачественной импортной соляркой вместо нашей, вынужден вас огорчить – толку будет мало. Например потому, что привозить чужое дизтопливо далеко, а загрязнение топлива происходит на всех этапах транспортировки от завода-изготовителя до потребителя. Все зависит от способа доставки и чистоты емкостей. Если топливо сперва везут в цистернах (неизвестно из-под чего), потом сливают в большие танки (интересно, что в них хранилось раньше?), потом разливают по отдельным топливовозам… Серы дизтопливо за все это время, может, и не нахватается, а вот воды и механических примесей – запросто. 12.2.5 Как обеспечить себя хорошим дизтопливом Как вы уже, наверное, заметили, теоретически дизель способен работать хоть на угле, а вот на практике – требования к дизтопливу выдвигаются на порядок более высокие, нежели к бензину. Хотя бы потому, что бензиновый двигатель на топливе пополам с водой будет чихать и кашлять – но ехать, а дизель умрет быстро и необратимо. Что же делать? Как обеспечить своему мотору если не здоровую, то хотя бы безопасную пищу? В зависимости от вашей готовности терпеть неудобства ради машины, могу предложить три уровня обороны для вашего автомобиля: – простейший 1) Следить за жесткостью работы двигателя, и не заправляться на АЗС, топливо с которых активирует неприятные звуки под капотом 2) Периодически – минимум после каждых 1000 км пробега – сливать отстой из топливных фильтров. 3) Менять топливные фильтрующие элементы каждые 7-8 тысяч километров. 4) Периодически, примерно каждые 3 месяца, использовать осушающие бак топливные присадки (или спирт), в межсезонье добавлять в дизтопливо депрессорные присадки. 5) Раз в два-три года отдавать на промывку, чистку и регулировку ТНВД и форсунки. – средней занудности 1) Заправляться только на проверенных АЗС. О всех случаях обнаружения некачественного топлива немедленно оповещать всех знакомых и незнакомых водителей всеми доступными способами (ФИДО, Интернет, личное общение с друзьями). Самому внимательно следить за подобными объявлениями. Совет в тему: Подобная мера очень полезна не только для исправности своей машины, но и для воспитания недобросовестных поставщиков топлива. Так, в 1999 году одна из питерских фирм, название которой за сроком давности я называть не стану, перед самыми заморозками ухитрилась за пару дней расторговать большую партию летнего топлива. После этого на ней больше месяца не заправлялся никто, кроме случайных иногородних машин. С тех пор я ни разу не слышал, чтобы к фирме предъявлялись какие-то претензии по качеству солярки. Правда, и цена на нее заметно подросла. 2) Периодически сливать отстой из топливных фильтров. 3) После пробега каждых 3000 км промывать топливную систему и менять фильтрующие элементы. 4) Два раза в год, весной и осенью, промывать топливный бак, полностью снимая его с автомобиля. – предельно возможный вариант 1) Установите в гараже несколько бочек. Дизтопливо, купленное на заправке, наливайте не в топливный бак, а переливайте в эти бочки. Дайте отстояться солярке как минимум две недели, после чего с помощью шланга отсасывайте топливо с глубины примерно 10 сантиметров от поверхности (например, укрепив конец шланга на поплавке). За две недели попавшая в топливо вода и механические фракции отстоятся и окажутся на дне (или всплывут, если легкие). Чистое топливо через воронку с сетчатым металлическим фильтром, поверх которой уложено два слоя капрона (капроновые колготки) можно наливать в бак. В качестве альтернативы бочкам может послужить сепаратор на базе зиловского центробежного фильтра механической очистки масла – но бочки надежнее. 2) Все равно необходимо сливать отстой из фильтров хоть раз в месяц и менять оные после 7-8 тысяч км пробега. 3) Раз в два-три года промывать топливную систему. 4) Хоть раз в год, осенью перед первыми морозами, промывать топливный бак. 12.3 Заправка А еще существует такая мелочь, как слив топлива. Это когда подъезжает цистерна с топливом, и с нее в подземный танк рушится струя свежего бензина. Разумеется, подобная струя взбаламучивает все содержимое емкости, отстоявшийся осадок взмывает со дна и начинает мотаться туда-сюда, запросто попадая под топливозаборную трубку, высасывается и через насос, колонку и пистолет попадает прямехонько к вам в бак. Если вам вышеописанная картина не нравится – не заправляйтесь на колонке, когда там идет слив топлива. В такой ситуации пару часов желательно переждать. |
|
||
|
Главная | Контакты | Нашёл ошибку | Прислать материал | Добавить в избранное |
||||
|
|
||||
