Деликатес для мотора: кому и для чего нужен гоночный бензин?
Еще недавно самые динамичные отечественные машины с ладьей на решетке радиатора требовали 93‑й бензин. Нынче самый востребованный – 95‑й. Но многие модели, особенно с наддувом, просят уже 98‑й. Тенденция простая: чем круче мотор, тем больший октан ему подавай.
А ведь в природе есть и более серьезные бензины – с октановым числом 102, 106 и даже 110! Их на АЗС не купишь – только в специализированных фирмах. Жутко дорого, но вдруг машина полетит?
Итак, вопрос: что дает высокое октановое число? И дает ли хоть что-то? И кому оно полезно?
БЕНЗИНОВОЕ БОРОДИНО
Выбор 102‑х бензинов в России небольшой. Но наша задача не сравнительная, а аналитическая. Мы хотим понять, откуда берется эффект и насколько он значим. А для этого вполне хватит двух сортов спортивных бензинов.
Мы раздобыли российский бензин ТОТЕК Торнадо С‑102 и французский ELF LM S АИ‑102. Такое вот мини-Бородино: наш против «француза». А в качестве эталона берем заведомо качественный бензин АИ‑98‑К5.
Результаты анализа физико-химических показателей образцов топлива мы свели в таблицу. Отметим, что у обоих спортивных бензинов октановое число по исследовательскому методу (ОЧИ) чуть меньше, чем заявленное в названии «102», – примерно 101,6–101,8. На это обращают внимание и разработчики – мол, это сделано специально, чтобы ни в коем случае не выйти за предельное значение ОЧИ, определенное правилами FIA. Аналогичная ситуация с октановым числом по моторному методу (ОЧМ) – чуть недотягивает до нормированных 90 единиц.
Кроме того, в 102‑х бензинах выше содержание связанного кислорода, хотя и в меру: в бензине ТОТЕК Торнадо его нашлось 2,9%, в бензине ELF – 2,6%. Углеводородный анализ показал, что ароматических углеводородов в ТОТЕКе больше – это определяет его более высокую теплотворность. А в бензине ELF обнаружились следы азотсодержащих соединений, но в разрешенном количестве.
В общем, мы убедились, что оба бензина вполне соответствуют требованиям FIA к спортивным бензинам. А заодно выяснили, что им соответствует и обычный 98‑й.
СТЕНДОВЫЕ МОТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Основных вопросов два. Что получится, если использовать 102‑й в двигателях, изначально ориентированных на бензин с октановым числом 95–98? И как отреагируют заряженные версии этих моторов?
Для первого «заезда» на моторный стенд был установлен обычный вазовский шестнадцатиклапанник ВАЗ‑21126 со штатной системой управления. При замерах нас в первую очередь интересовало изменение мощности двигателя и расхода топлива.
Одна из известных страшилок, до сих пор бытующая в народе, гласит, что при использовании слишком высокооктанового топлива можно спалить клапаны. А причиной этого является повышенная температура отработавших газов – из-за якобы более медленного горения топлива с увеличенной детонационной стойкостью. Что же, проконтролируем и температуру.
Особого различия в показателях двигателя при работе на трех бензинах мы не увидели. Улучшение всех характеристик на спортивных бензинах не превышает полутора-двух процентов по сравнению с обычным АИ‑98 – это лишь слегка вылезает за погрешность замеров. Изменение температуры отработавших газов также лежит в пределах погрешности.
В принципе, все понятно. Существенно большее содержание кислорода в топливе слегка снижает его теплотворную способность, однако несколько большее содержание ароматики ее восстанавливает. Вдобавок «внутренний» окислитель повышает скорость и полноту сгорания. Негатив компенсируется позитивом, и в итоге получаем улучшение, но не слишком значительное. А разница между бензином ТОТЕК и «французом» ELF вообще незаметна. В общем, пока ничего интересного.
Все прелести спортивных горючек проявились, когда цикл сравнительных испытаний повторили на форсированном моторе, с доработанными головкой цилиндров и клапанами и увеличенной степенью сжатия (с 11 до 12). Программа управления тоже скорректирована: подача топлива (время открытия форсунок) и угол опережения зажигания настроены именно под спортивное топливо.
После подобной хирургии обычный 98‑й бензин заряженному мотору совсем не понравился: при полном дросселе мгновенно проснулась детонация. Датчик детонации с ней уже не справился – пришлось сбросить обороты.
А вот 102‑е пришлись ко двору! Итог явно заметен: прирост 12–17% крутящего момента по сравнению с работой на базовом бензине. Максимальный эффект наблюдался в зоне 3000–4500 об/мин. Здесь вот что важно: момент вырос благодаря тому, что при работе на 102‑м бензине педаль можно давить в пол, – а на 98‑м у педали еще остается запас хода, однако дальнейшее ее нажатие отзывается яростным «стуком пальцев».
Бензины: обычные и спортивные
Требования к обычному бензину, допущенному к реализации на территории России, определяются Техническим регламентом Таможенного союза 013/2011. А в Европе действуют требования EN 228-2013. В этих стандартах ограничены в основном те параметры, которые влияют на экологию: углеводородный состав, количество оксигенатов, содержание бензола и серы. Запрещены метанол и металлосодержащие антидетонаторы – свинец, железо, марганец.
Для спортивных сортов действуют дополнительные ограничения. Они сформулированы в требованиях Международной автомобильной федерации (FIA), в приложении J (пункт 9) статьи 252-2009 Общих предписаний FIA. Согласно им спортивное топливо должно быть коммерческим, то есть произведенным на легальном НПЗ (это отсекает попытки использования всяких инновационных смесей, реально бензином не являющихся). То есть нормы EN 228 для них никто не отменял. А далее работает принцип «антидопинговой справедливости». Как и у людей, у моторов есть свои допинги, позволяющие на ровном месте получить дополнительные преимущества. Это присадки, интенсифицирующие сгорание, а также связанные топливом окислители на базе всяких оксидов азота и водорода, наиболее популярным из которых является закись азота. Потому строго запрещено использование присадок, повышающих мощность, и каких-либо других компонентов топлива, не относящихся к классу углеводородов.
При этом дополнительно ограничивается содержание азота – не более 0,5% по массе, а также некоторых видов оксидов – пероксидов (например, перекись водорода) и нитрооксидов. Зато расширен допуск для связанного кислорода – до 3,7% по массе вместо 2,7% в обычном бензине.
Повышено и предельно допустимое значение давления насыщенных паров – до 90 кПа вместо 80 кПа для обычного топлива. Это диктуется тем, что октановое число за сотню просто так не получишь, нужно использовать большее количество октаноповышающих компонентов, а это всякие спирты и эфиры, то есть оксигенаты. Их добавка неизбежно увеличивает содержание связанного кислорода и давление насыщенных паров. То есть наблюдается противоречие между требованиями ТР ТС и EN 228 с одной стороны и нормами, установленными для спортивных бензинов, – с другой. Но оно вынужденное.
Нормирован диапазон изменения октановых чисел спортивных бензинов: ОЧИ (октановое число по исследовательскому методу) может лежать в диапазоне 95–102 единицы, а ОЧМ (октановое число по моторному методу) должно составлять 85–90 единиц. То есть и обычный бензин АИ‑95‑К5 может быть позиционирован как спортивный. Но в данных испытаниях нас интересовала как раз другая граница октанового числа – верхняя, которая лезет за сотню. Такие бензины мы и взяли для исследования.
ОКТАН, МОМЕНТ И ДЕНЬГИ
Итак, главный вывод: прирост тяги мотору дает не бензин. Более высокое октановое число способно подарить ему не более пары-тройки процентов дополнительного крутящего момента. Серьезную же разницу дает настройка двигателя по углу опережения зажигания, фазам газораспределения и степени сжатия. В этом случае высокое октановое число бензина как раз и позволяет выжать максимум.
Чем ближе подберешься к зоне детонации, тем большего эффекта добьешься. Поэтому делают так, чтобы при полном дросселе двигатель «облизывал» этот порог. Когда-то давно, в эпоху карбюраторных машин с механическим трамблером, знатоки предлагали выставлять опережение зажигания так, чтобы при резкой прибавке оборотов слышалось несколько щелчков детонации. Дедовский принцип зашит и в современные регулировки, но уже на другом уровне – по сигналу датчика детонации и с учетом требований обеспечить минимальную токсичность отработавших газов. Поэтому спортивные бензины с октановым числом за сотню – это не самоцель, а средство обеспечения максимально эффективной работы двигателя.
А ЧТО ПО ДЕНЬГАМ?
Базовый хороший бензин АИ‑98‑К5 обошелся нам в 42 рубля за литр. Спортивный ТОТЕК Торнадо С‑102 гораздо дороже – около 130 рублей за литр (продается бочками по 45 литров). А вот европейский ELF пришлось брать по «европейской» же цене – дороже 200 рублей за литр!
Очевидно, что заливать такой бензин в обычный автомобиль не только глупо, но и накладно. Не для того его создавали! Другое дело, когда речь идет о ступеньке на пьедестале – ради этого и денег не жалко, если машина подготовлена соответствующим образом.
Что касается импортозамещения, то с этим полный порядок. Наш ТОТЕК Торнадо оказался ничуть не хуже европейского бензина ELF, да притом и дешевле. А значит, по главному для потребителя соотношению «цена-качество» победитель в этой «бородинской битве» очевиден.
Что скажут гонщики?
Андрей Севастьянов, руководитель и пилот команды B‑Tuning
Участники РСКГ (Российская серия кольцевых гонок) в обязательном порядке применяют для форсированных моторов высокооктановые бензины с ОЧИ выше, чем у стандартного АИ‑98. Приобрести их несложно. Такое топливо используют и любители малой авиации. Что касается езды по дорогам общего пользования, на которых доведенный мотор не может и не должен выдавать свой максимум, здесь использование спортивных бензинов абсолютно излишне. А для серийных машин они просто не нужны: не их область применения.
Александр Гармаш, организатор любительской серии RHHCC, менеджер РСКГ
Не стоит путать соревнования и повседневность. Бензины с октановым числом 100, 102 и 104 активно используют спортсмены, например, в соревнованиях по дрэг-рейсингу, в том числе общероссийского уровня. Такое топливо есть в свободной продаже, и при желании его можно приобрести – канистрами, бочками. Другой вопрос, что на дорогах общего пользования оно бесполезно, особенно если речь идет о серийном автомобиле, рассчитанном под ОЧИ 95 или 98. И не забывайте, что цена литра «супербензина» велика.
Может ли октановое число превышать 100?
Стандартное определение октанового числа известно всем: это показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива для двигателей внутреннего сгорания. Октановое число равно содержанию (в процентах по объему) изооктана (2,2,4‑триметилпентан) в его смеси с н‑гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний.
Получается, что, поскольку речь идет о процентном содержании, октановое число бензина не может быть больше 100? При обычной методике замеров – да. Но принятый когда-то за эталон изооктан имеет не самое высокое октановое число! Например, у анилина октановое число 320, у монометиланилина – 280, а у спиртов – от 110 до 156.
Поэтому для определения октанового числа, превышающего 100, используются другие эталоны – с калиброванной добавкой тетраэтилсвинца (ТЭС), позволяющей менять октановое число эталонной смеси в широком диапазоне.
Кому какой октан?
Итак, октановое число показывает, насколько бензин способен противостоять детонации. При правильном сгорании по цилиндру от свечи зажигания движется фронт пламени со скоростью 30–60 м/с. Всё развивается плавно, спокойно, предсказуемо. Но если где-то (обычно в зоне камеры сгорания, наиболее удаленной от свечи) происходит взрывное самовоспламенение топлива, то навстречу нормальному фронту пламени устремляется волна детонации, скорость которой может значительно превышать скорость звука. Последствия для деталей двигателя бывают катастрофическими – от прогаров клапанов до разрушения поршней и задиров вкладышей подшипников.
Есть четкий критерий, который определяет предел детонации, – это максимальное значение давления в цилиндре. А оно зависит от степени форсирования мотора – по степени сжатия, наддуву, частоте вращения коленчатого вала. Потому-то для старых дефорсированных моторов – без наддува, с низкими степенями сжатия – был годен и низкооктановый бензин. Но по мере роста удельной мощности и связанного с ним увеличения давления в цилиндре требуется повышение детонационной стойкости топлива.