Октановая недостаточность

Без труда не вытащишь и рыбку из пруда. А уж как надо потрудиться, чтобы выломать кусок металла из поршня! Конечно, никакой поршень не выдержит выверенного удара емкой кувалдой. Вот только откуда взялась эта кувалда, причем одновременно сразу в двух цилиндрах? И кто тот мастер, чья рука не дрогнула превратить поршни в предметы, годные разве что для сдачи в пункт приема вторсырья?

Разумеется, в роли сокрушителя поршня мог бы выступить клапан, не вернувшийся в свое седло по причине обрыва зубчатого ремня. Поршень догнал остановившийся посреди камеры сгорания клапан и… Однако это не наш случай. Тогда что же?

Не гони волну

Когда между электродами свечи зажигания проскакивает искра, появляется очаг горения, от которого распространяется фронт пламени, постепенно охватывая весь объем камеры сгорания. При этом давление в цилиндре, а с ним нагрузки на поршень и другие детали, увеличивается плавно. Такое сгорание рабочей смеси является нормальным. В расчете на него проектируется двигатель.

Однако из-за того, что продукты сгорания той части смеси, которая горит первой, расширяются, то, что еще не сгорело, подвергается сжатию. Вследствие такой обработки давлением в не успевшей сгореть смеси появляются химические соединения, склонные к самовоспламенению. Наука называет их активными перекисями. Попутно из-за сжатия увеличивается температура, что и требуется, чтобы инициировать самовоспламенение. Если перекиси воспламенились до подхода основного фронта пламени, в оставшемся объеме смеси появляется множество очагов горения, и смесь сгорает мгновенно. При этом возникает ударная волна, которая распространяется со скоростью, в десятки раз превышающей скорость основного фронта. Это сгорание называется детонационным. Порождаемые им нагрузки, причем не только механические, но и термические, несоизмеримо выше расчетных.

Ларчик просто открывался

Детонируют наиболее удаленные от центра камеры сгорания части заряда. Поэтому детонация испытывает на прочность прежде всего окантовку прокладки головки блока, кромки днища, огневую и межкольцевые перемычки поршня, сами поршневые кольца, рабочие кромки клапанов. Из-за высоких температур прокладка и клапаны прогорают, кромки днища поршня оплавляются. Под действием ударных волн на перемычках и в кольцах появляются микротрещины, которые, развиваясь, приводят в конце концов к разрушению деталей. Так было и в нашем случае.

Поршни, показанные на фото, вынуты из машины, которая прибыла в Беларусь из США. Выяснилось, что после покупки автомобиль постоянно заправляли бензином Н-80. Как сказал вызванный к месту разборки владелец, он где-то слышал, что американские машины не предъявляют к бензину высоких требований, и если для двигателя рекомендовано использование 87-го американского бензина, то такой мотор спокойно переваривает наш 80-й.

Чтобы не взорвалось

Есть несколько причин, способствующих детонации, но едва ли не основной из них является несоответствие бензина потребностям двигателя. Не случайно, что из всех характеристик бензина важнейшая — антидетонационная стойкость.

Оценивают стойкость бензина к сгоранию в режиме детонации по величине октанового числа. Значимость ОЧ подчеркивает то, что из многих параметров, определяющих свойства бензина, только оно указывается в маркировке сорта топлива. Чем выше ОЧ, тем выше антидетонационная стойкость.

Определяют ОЧ бензина путем сравнения со смесью, состоящей из двух эталонных углеводородов — изооктана и гептана. Детонационная стойкость изооктана равна 100 единицам, гептана — нулю. Испытания проводятся на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия одним из двух методов — исследовательским или моторным. Если при исследовательском методе выяснится, что стойкость бензина к детонационному сгоранию идентична стойкости смеси, состоящей из 80% изооктана и 20% гептана, то октановое число такого бензина равно 80, а товарный сорт получает маркировку Н-80. Моторный метод предполагает более напряженный режим испытаний, и при нем такой же бензин продемонстрировал бы стойкость, равную стойкости смеси с содержанием 76% изооктана. Оцененный по моторному методу бензин Н-80 обозначался бы как А-76.

Американский подвох

Чтобы избежать путаницы с методами испытаний, маркировками и более объективно оценивать антидетонационную стойкость, американцы придумали октановый индекс. Его величина равна среднему арифметическому октановых чисел, полученных моторным и исследовательским методами. Октановый индекс бензина Н-80 равен, как нетрудно посчитать, 78, но никак не 87. Перестановка цифр оказалась роковой для мотора.

А каким нашим бензином надо было заправлять заморский автомобиль? Моторное ОЧ бензина Аи-92 составляет 83 единицы, исследовательское — 92. Среднеарифметическое значение — 87,5. Вот и нашелся отечественный заменитель 87-му американскому бензину.

На грани

Примечательно, что двигатель демонстрирует наилучшие показатели мощности и расхода топлива, работая, когда сгорание в цилиндрах протекает нормально, но на грани детонации. Кратковременная детонация в самом начале разгона — признак правильной регулировки опережения зажигания в автомобилях, двигатели которых еще не подчиняются электронному управлению.

Детонация дает о себе знать характерным стуком, напоминающим стук пальцев в зазорах в верхней головке шатуна и бобышках поршня, хотя к пальцам детонационный шум отношения не имеет, а является отголоском ударных волн, сотрясающих стенки камеры сгорания. Проблема в том, что детонация хорошо прослушивается только при небольших оборотах двигателя, да и то лишь на автомобилях старых поколений. В современных же моделях с их серьезной шумоизоляцией услышать детонацию непросто даже опытному водителю, а когда машина еще и едет с высокой скоростью, то выделить в шуме мотора детонационные «ноты» становится и вовсе не возможно. Однако именно такая детонация — самая опасная.

Минус три

Октановая потребность большинства моторов иномарок не менее 95 единиц, и двигатели настраиваются так, чтобы работать в преддетонационных режимах. Не роют ли яму своим машинам водители, заправляющие автомобили бензином Аи-92, как это принято у нас повсеместно?

Среди многочисленных датчиков, информацию от которых используют блоки электронного управления современных двигателей, есть и датчик детонации. Как только этот датчик фиксирует появление в цилиндре ударных волн, блок управления изменяет угол опережения зажигания таким образом, чтобы детонацию подавить и вернуть сгорание в нормальное русло. Возможности коррекции по показаниям датчика детонации не безграничны, но достаточны, чтобы разница в 3 единицы не отражалась на «здоровье» мотора. Требуется только избегать режимов, при которых вероятность появления детонации высока, — езды «внатяг», резких стартов и ускорений, длительного скоростного движения. Важен температурный режим — работа двигателя на границе, за которой начинается перегрев, благоприятствует детонации.

Но разница в детонационной стойкости между бензинами Аи-92/Аи-95 и Н-80 слишком велика, и в случае заправки 80-м рассчитывать на поддержку датчика детонации бессмысленно.

Коррекция октана

ОЧ можно изменить, если к бензину одной из товарных марок подлить бензин другой марки. ОЧ станет пропорциональным количеству каждого из смешанных сортов. Поскольку при длительном хранении антидетонационные свойства теряются, таким способом можно улучшить детонационную стойкость бензина, который продолжительное время хранился, например, в бочке или канистре либо был в бензобаке машины, долго стоявшей в гараже.

Существуют химические соединения — носители антидетонационного эффекта. Добавление в бензин присадок, изготовленных на основе таких соединений, также увеличивает ОЧ. Однако не вся химия пригодна для производства присадок — или недешева, или нестабильна. Таких недостатков лишены металлосодержащие присадки, но, к сожалению, они могут оказаться небезопасными для окружающей среды, двигателя. Тетраэтилсвинец токсичен, быстро выводит из строя лямбда-зонд и нейтрализатор выхлопных газов, почему и был запрещен, хотя широко использовался вплоть до середины 1990-х при изготовлении этилированных бензинов. Но и октаноповышающие присадки на основе соединений железа или марганца немногим лучше. При сгорании они образуют токопроводящий нагар, который откладывается на свечах зажигания и становится причиной их преждевременного выхода из строя. А пропуски зажигания не сулят ничего хорошего опять же нейтрализатору выхлопных газов.

В продаже октан-корректоры встречаются. Стоимость от 9 до 26 тыс. руб. в зависимости от торговой марки производителя и емкости флакона. Но на основе чего эти присадки изготовлены — неизвестно. В лучшем случае на этикетке может быть указано, что препарат не содержит свинцовых соединений, а чаще всего — что функциональные добавки составляют ноу-хау компании-производителя. Так стоит ли рисковать? Тем более что в аннотациях сказано об увеличении ОЧ лишь на 2-6 единиц, поэтому превратить с помощью присадок Н-80 даже в Аи-92 не получится, как ни старайся.

Вердикт «АБw»

Нередко в прогораниях прокладки головки, клапанов, заклинивании и задире поршней винят явления, например локальный перегрев, которые в действительности представляют собой лишь следствия детонации. А чтобы ее избежать, важно, чтобы двигатель работал на бензине, под использование которого мотор и был спроектирован.

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора

Газета «АВТОБИЗНЕС»

Аббревиатуры RON (Research Octane Noumber — исследовательское ОЧ), ROZ (от немецкого Research Oktanzahl) и стоящие рядом цифры указывают на октановую потребность двигателя автомобилей, предназначенных для европейского рынка. Найти RON и ROZ можно в инструкциях, каталогах, иногда — на обратной стороне лючка бензобака

Метки: Research Octane Noumber RON антидетонационные свойства гептан Детонационная стойкость Детонация изооктан октан-корректор октановый индекс ОЧ

Похожие

Яндекс.Метрика