КЛУБ •АВТОЛЮБИТЕЛЬ"Как только не называют наш век: и атомным, и космическим, и веком демографического взрыва. Все это соответствует истине. Но автомобилисты с полным правом могут назвать его и бензиновым. Бензин — продукт, без которого не сдвинется с места подавляющее большинство автомобилей в мире, а число их уже перевалило за 300 миллионов. В оставшиеся двадцать лет века бензиновые моторы внутреннего сгорания на легковых машинах не уступят лидерства ни электрическим, ни инерционным, ни атомным, нн турбинным, ни даже своим ближайшим родственникам — дизелям или работающим на газе. Это признают приверженцы всех направлений в моторостроении. А поточу и вопрос — что же такое бензин, каким он бывает, чем отличается от других видов топлива, наконец, как он сгорает, двигая автомобиль вперед, — будет интересовать каждое новое поколение водителей. Об этом, в частности, свидетельствует наша редакционная почта. Идя навстречу пожеланиям читателей, мы попросили рассказать о бензинах то, что полезно знать каждому водителю, инженеров О. В. ЯРЕМЕНКО и Л. С. ЛЮБАВИНУ, которые в последнее время тесно связаны с вопросами стандартизации и применения топлив в двигателях внутреннего сгорания. Испарить, —— ЧтООЫ ппйшвиь мы подъезжаем к колонке, вставляем заправочный пистолет в горловину, и вбак начинает течьбензинпоашечь_цветная, замерзающая при температуре ниже —60° С смесь углеводородов различного строения, полученная от переработки нефти и способная образовывать взрывчатые смеси при концентрации паров в воздухе 74—123 r/мз. Последнее свойство и вывело бензин на первое место среди топлив для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры. Но, чтобы «взорвать» топливо в цилиндрах двигателя, его сначала необходимо испарить и смешать с воздухом. На процесс испарения влияют и вязкость, и плотность, и поверхностное натяжение, но главное — температура кипения. Бензин — многофракционная жидкость, и поэтому он не имеет определенной температуры кипения, как, например, вода, спирт, ацетон. В нормальных условиях входящие в бензин легкие фракции начинают кипеть при +30... 40° С, а тяжелые — только при +160... 250° С. Температура выкипания 10% бензина. то есть самой легкой его части, в значительной мере характеризует пусковые свойства, потому что от нее зависит минимальная температура воздуха, при которой может быть осуществлен надежный пуск двигателя. Экспериментальным путем ученые определили, что разница между половинным значением температуры выкипания 10% от взятого количества бензина и числом 50 будет равна минимальной температуре воздуха, при которой двигатель можно пустить без всяких дополнительных ухищрений. Она всегда ниже 0° С (конкретные величины для торговых марок бензина приведены в таблице) Эту зависимость получили для мотора со степенью сжатия 7,0 с карбюратором без пускового устройства и классической системой зажигания, и, естественно, температура пуска понижается с увеличением степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала, применением пускового устройства, электронного зажигания.почтибес.Итак, чем ниже температура кипения легких фракций, тем легче пустить двигатель в мороз. Но слишком низкая температура начала кипения становится бичом в жаркую погоду: повышается пожароопасность, растут потери бензина от испарения, легкие фракции начинают кипеть уже в бензопроводе и бензонасосе, образуя паровые пробки, мешающие поступлению бензина в карбюратор. Температура, при которой нарушается нормальная работа системы питания, определяется двумя показателями — средним давлением насыщенных паров бензина при +38° С и количеством фракций, выкипающих при +70° С. Большое значение имеет не только начало выкипания легких фракций, но и интервал температур, при котором заканчивают выкипать тяжелые фракции. Время прогрева двигателя и его приемистость, то есть способность развивать мощность при резком нажатии на акселератор, зависят от температуры выкипания «концевых» фракции и оцениваются температурой выкипания 50% бензина: при ее снижении сокращается время прогрева и увеличиваются приемистость и срок службы мотора. Повышение этой температуры снижает его долговечность, особенно в холодное время года. Чтобы компенсировать сезонные колебания температуры, на современных двигателях предусматривают регулировку подогрева воздуха, подводимого к карбюратору. Если заслонку в воздушном фильтре установить «не по сезону», то зимой двигатель потеряет приемистость, будет хуже тянуть, больше съедать бензина и скорее изнашиваться, а в теплую погоду (выше 2025° С) дополнительный подогрев снизит плотность поступающей в цилиндры рабочей смеси, и, следовательно, упадет мощность двигателя. В жару мотор начнет перегреваться. Излишний подогрев способствует появлению детонации. Другая мера, позволяющая использовать достоинства и уменьшить недостатки испаряемости бензина, — выпуск летнего н зимнего видов. Первый предназначен для всех районов СССР, кроме северных и северо-восточных, с 1 апреля по 1 октября. В южных районах круглый год применяют летний бензин, в северных и северо-восточных — зимний. Фракционный состав всех автомобильных бензинов (кроме А-66) одного вида практически одинаков, а вот у авиационных бензинов он уже: начинают кипеть они при более высокой температуре и, главное, полностью выкипают при более низкой температуре по сравнению с автомобильными. Поэтому авиационные бензины близки к зимним автомобильным и даже превосходят их по своим пусковым свойствам. Они ведь и рассчитаны на совершенно иные условия работы двигателя. Кстати, в сильные морозы для облегчения пуска карбюраторных двигателей применяются специальные жидкости, состоящие из этилового эфира с добавкой масла н антикоррозионных присадок. 15—20 смз этой жидкости впрыскивают во впускной трубопровод или заливают в горловину карбюратора во время прокручивания коленчатого вала. В нашей стране государственным стандартом установлены предельно допустимые количества каждой фракции, входящей в состав бензинов; температура начала кипения должна быть не ниже, а остальные температуры — не выше заданных норм (см. таблицу). Состав бензина и другие его показатели зависят от месторождения нефти, из которой его вырабатывают, и технологии изготовления. Например, бензин одной марки и вида, выработанный на бакинских заводах, значительно отличается от бензина, поставляемого восточными заводами. Заканчивая разговор о составе топлива, заметим, что легкие фракции имеют ббльшую теплотворную способность, чем тяжелые, а значит способны выполнить ббльшую работу. Поэтому, кстати, на авиационном бензине двигатель развивает ббльшую мощность, но требует и более развитой системы охлаждения всех омываемых пламенем деталей. / ОрвтЬ, НО Нв Детонационная стойкость — одно из основных требований, предъявляемых к бен-Когда между электродами свечи проскакивает искра, воспламеняются ближайшие слои топлива. Фронт пламени распространяется по камере сгорания. При этом выделяется тепло, энергия газа повышается, и это проявляется нарастанием давления в камере сгорания. Часть смеси, до которой пламя доходит в последнюю очередь, нагревается в результате повышения давления до температуры самовоспламенения. При нормальном протекании процесса сгорания для самовоспламенения рабочей смеси не хватает времени. Если же очаги воспламенения от сжатия возникают в рабочей смеси до подхода фронта пламени (как в дизеле), то такое горение, как и давление в цилиндре, распространяется со скоростью звука и приобретает взрывной характер. В цилиндре возникают и распространяются ударные волны, которые при столкновении со стенками вызывают сильные динамические нагрузки и сопровождаются звонким «металлическим» стуком (некоторые гаражные «корифеи» говорят, что это «стучат пальцы»). От сильной детонации мощность двигателя падает, в отработавших газах появляется черный дым. Многие детали мотора испытывают на себе большие тепловые и механические нагрузки, и в результате могут обгореть и разрушиться кромки поршней и клапанов, компрессионные кольца, прокладка головки блока, электроды свечи. Ударные волны разрушают масляную пленку на поверхности цилиндра, вызывая интенсивный износ ее. Наибольшей величины детонация довзрыватьсяраз, и все же повторение не помешает. Давайте проследим, как происходит сгорание в карбюраторном двигателе.^ЯЧ™П™™Г&стигает на оборотах максимального крутящего момента двигателя. Она снижается с прикрытием дросселя, увеличением частоты вращения коленчатого вала и уменьшением угла опережения зажигания. В решающей степени ее развитие зависит от детонационных свойств топлива. В Советском Союзе детонационная стойкость автомобильных бензинов оценивается октановыми числами, определяемыми по моторному (м.м.) и исследовательскому (и.м.) методам, у авиационных бензинов — по моторному и температурному методам, а также сортностью. Октановое число определяется на одноцилиндровой установке определенной конструкции с переменной степенью сжатия в эталонных условиях на обедненной смеси. Величину его находят сравнением исследуемого топлива со смесью эталонных топлив: изооктана, чья детонационная стойкость принята за 100, и Н-гептана, детонационная стойкость которого принята за нуль. Октановое число — это содержание (по объему) изооктана в смеси эталонных топлив, эквивалентной по детонационной стойкости исследуемому топливу. (Заметим, что октановое число может быть и больше 100, и меньше 0.) Испытания по исследовательскому методу проводят при менее напряженном режиме, чем по моторному: смесь за карбюратором не подогревают, тогда как во втором случае температуру подогрева смеси поддерживают на уровне +150° С. Поэтому моторный метод точнее оценивает детонационные свойства автомобильного бензина на форсированных режимах езды, а исследовательский — на ограниченной мощности с частыми остановками и при меньшей тепловой напряженности. Моторный метод используют для оценки и авиационных, и автомобильных бензинов, а исследовательский — только автомобильных. Температурный метод принципиально отличается от двух названных; его применяют для оценки авиационных бензинов с октановым числом более 95 по моторному методу. Сортность обозначает детонационные свойства авиационных бензинов при форсированных режимах на обогащенной смеси (например, на взлете). Она представляет собой число, показывающее (в процентном отношении), какую мощность может развить двигатель на испытываемом бензине по сравнению с изооктаном. Деление бензинов на марки основано14 на детонационных свойствах. Для автомобильных бензинов в марке приведено октановое число, найденное либо по моторному (А-66, А-72 и А-76), либо по исследовательскому (АИ-93, АИ-98) методам Авиационные бензины (кроме В-70) маркируют дробью, где в числителе дается октановое число, а в знаменателе — сортность (Б-91/115, В-95/130, В-100/130) Для предупреждения детонации в бензин добавляют специальные присадки, задерживающие начало самовоспламенения. В основном это тетраэтилсвинец — вещество, крайне ядовитое, и, чтобы предупредить возможность отравления этилированным бензином, его окрашивают: А-66 — в зеленый цвет, А-72 — в розовый, А-76 — в желтый, АИ-93 — в оранжево-красный, АИ-98 — в синий. В крупных городах с целью сократить выброс токсичных веществ в бензоколонках отпускают только неэтилированный бензин. В авиационном бензине (кроме Б-70, который не этилируют) тетраэтилсвинца содержится в три — восемь раз больше, чем в автомобильном, поэтому при использовании такого бензина в автомобильном двигателе происходит сильное отложение свинцовых соединений на поверхности камеры сгорания, поршнях, клапанах. Это ухудшает теплоотдачу, увеличивает нагревание выпускного клапана и нарушает нормальную работу деталей. Если к этому добавить, что теплотворная способность авиационного бензина благодаря легким фракциям несколько выше, чем автомобильного, стоит подумать, прежде чем даже в крайнемшие частицы — нагар. Твердый нагар от неэтилированного бензина состоит из 70—75% углерода и при длительной езде по шоссе со скоростью 80 км/ч н более выгорает. Этилированный же дает нагар, на 60—70% состоящий из соединений свинца, трудно удаляемых с деталей. Нагар может повысить требуемое октановое число на 8—10 единиц из-за уменьшения объема камеры сгорания, снижения ее теплоизолирующих свойств и повышения температуры продуктов сгорания. Кроме того, он вызывает преждевременное, так называемое калильное воспламенение, приводящее к досрочному выходу двигателя из строя. Правда, здесь не всегда бывает виноват нагар. Причиной может быть и применение слишком «горячих» свечей, и нарушение нормального теплового режима двигателя, и просто разрегулированная система холостого хода. (О так называемых аномальных процессах сгорания подробно было рассказано в статье «А-767 Нет, АИ-93!», «За рулем», 1978, № 6.) Нагар образуют главным образом «концевые» фракции бензина. Снижение конца кипения его с 205 до 180° С уменьшает образование нагара вдвое. Способствуют же ему низкая температура двигателя, работа на богатой смеси (на холостом ходу)," езда в переменном режиме (свойственная городским условиям).От бензобака_, £70Н асильном морозе_случае заливать авиационный бензин в бак: можно «сжечь» выпускные клапаны ив короткой поездке. к сожалению, при производстве бензина не удается полностью избавиться от ЛОШКа... вредных примесей — кислот, фенолов, сернистых соединений. Эти примеси плохо влияют на многие эксплуатационные свойства топлива: способность принимать тетраэтилсвинец, стабильность, способность к нагарообразованию, коррозионную агрессивность. Применение бензина с повышенным содержанием серы приводит к резкому снижению среднего ресурса цилиндров и поршневых колец (об этом было рассказано в статье «Отчего мотор старится», «За рулем», 1978, № 7). Автомобильный бензин содержит также непредельные углеводороды, склонные к окислению и образованию смолистых продуктов, увеличение содержания которых с 0,1 до 1,0 г/л снижает среднюю наработку двигателя до отказа с 50 000 до 8000 километров пробега. Поэтому вреден долго хранившийся запас топлива, Смолы и тяжелые углеводороды для' полного сгорания требуют высокой температуры, а стенки камеры сгорания остаются сравнительно холодными, поэтому на них откладываются несгорев"ОЧНО _ ОеНЗина,- в отличие от дизельвЫПуСКНОи ного топлива, бензин не замерзает и не гутрубы стеет и подогревать "' его в топливном баке не надо. Вязкость бензина с понижением температуры меняется незначительно, а поэтому гидравлическое сопротивление всего бензопровода ив жару ив любой мороз одинаково. Для карбюраторного двигателя это очень важно, так как изменение гидравлического сопротивления топливных жиклеров приводило бы к чрезмерному обеднению или обогащению смеси в зависимости от погоды. Сечения жиклеров и размеры смесительных камер карбюратора подбирают так, чтобы бензин сгорал полностью. Теоретически для этого на 1 кг бензина нужно около 15 кг воздуха, что соответствует так называемому коэффициенту избытка воздуха, равному единице. Такая смесь называется нормальной. Но практически идеального сгорания не получается, и нормальная смесь сгорает не полностью: в продуктах сгорания остается ядовитая окись углерода, а теплотворная способность топлива используется не до конца. Поэтому на основных режимах работы наиболее выгодно использовать обедненную смесь: с некоторым избытком воздуха по сравнению с теоретически необходимым (коэффициент его равен 1,05 — 1,15). Именно такую рабочую смесь готовят карбюратор и вся исправная система питания при равномерном движении автомобиля с умеренной скоростью. При нарушении подвода топлива или подсасывании воздуха во впускной коллектор смесь становится настолько бедной, что плохо воспламеняется, вяло горит. Она не успевает сгорать в течение рабочего хода, и процесс этот переходит в выпускной коллектор, сильно нагревая его. От продолжающей гореть смеси может воспламениться новая порция поступающей смеси, что вызовет «чихание» в карбюраторе. Надо иметь в виду, что мощность двигателя на бедной смеси падает.Но на некоторых режимах карбюраторному двигателю нужна обогащенная смесь (вплоть до коэффициента, равного 0,6), в которой кислорода меньше, чем нужно для полного сгорания. В меру обогащенная смесь лучше н интенсивнее горит, в цилиндрах развивается такое давление, которое недостижимо при обедненной или даже при нормальной смеси. Для получения обогащенной смеси служат: воздушная заслонка и система холостого хода, насос-ускоритель и эконостат, которым в двухкамерных карбюраторах снабжается вторая смесительная камера. Пользуются ими по-разному. Воздушная заслонка необходима для пуска холодного двигателя. При низкой температуре бензин до поступления в цилиндры не успевает испариться, так что соотношение паров бензина и воздуха соответствует бедной смеси, а жидкий бензин, хоть и находится в смеси, но воспламениться не может. Закрытая заслонка улучшает положение, но только когда двигатель холодный. При малой частоте вращения коленчатого вала очень низка степень наполнения цилиндров — из-за большого сопротивления, создаваемого дроссельной заслонкой. Смесь сильно разрежена, и если она слишком бедна, то попросту не горит. Чтобы обеспечить нормальный состав ее в таких условиях, и существует система холостого хода с подачей топлива под дроссельную заслонку. При резком нажатии на акселератор порция бензина впрыскивается ускорительным насосом, чтобы, во-первых, компенсировать возникающее в первый момент обеднение смеси (поступление воздуха растет быстрее, чем топлива) и, вовторых, увеличить крутящий момент для быстрого ускорения. Наконец, при полном открытии дроссельной заслонки во вторичной камере вступает в действие эконостат, обогащающий смесь и увеличивающий мощность и крутящий момент. Увы, во всех перечисленных случаях работы на обогащенной смеси двигатель активно загрязняет окружающую среду. Для воздуха крупных городов особенно вреден режим холостого хода, поэтому двигатель проверяют на токсичность именно на этом режиме. Для снижения токсичности приходится идти на некотоoe повышение оборотов холостого хода. стати, токсичность газов на холостом ходу растет ис повышением степени сжатия. Заметим, что дизели всегда работают на обедненной смеси, поэтому, несмотря на дым, они меньше отравляют воздушный бассейн. Излишнее переобогащение смеси приводит к резкому сокращению интенсивности горения вплоть до невозможности воспламенения. Происходит это обычно при неумеренном использовании воздушной заслонки и ускорительного насоса в процессе пуска. Горячий двигатель с полностью закрытой воздушной заслонкой не завести, так как весь испарившийся бензин образует уже невоспламеняющуюся искрой смесь. Кроме того, есть еще одно нежелательное последствие переобогащения. Часть мелких капель топлива оседает на стенках впускного тракта и продоллсает движение к цилиндрам в виде жидкой пленки, смывая масло с трущихся деталей и ускоряя их износ. Мы постарались дать автолюбителям лишь основные, прикладные сведения о бензине и его поведении в моторе.gПоказатели качества бензиновПоказатели качества Октановое число: по моторному методу по исследовательскому методу Содержание смол, г/л не более Содержание серы, % не более Минимальная темпера- летнем тура надежного пуска (° С) на бензине: зимнем Температура образова- летнем ния паровых пробок (° С) на бензине: зимнем Содержание тетраэтилсвинца, г/л не более А-66 А-72 А-76 АИ-93 АИ-98 со Знаком качества 89 98 0,05 0,05 —15 -22 более 36 15—30 0,82 АИ-98 В-7066 0,15 0,15 — 10 — 17 более 40 18—32 0,6072 0,10 0,12 — 15 —22 более 36 15—30 отсутствует76 0,10 0,10' — 15 —22 более 36 15—30 0,4185 93 0,07 0,10 — 15 —22 более 36 15—30 0,8289 98 0,07 0,10 — 15 -22 более 36 15—30 0,8270 0,02 0,05отсутствует15