Как заправишь, так и поедешь...
Двадцать лет назад отечественные автовладельцы не задумывались над проблемой, чем заправлять родное авто. Легковые автомобили оснащались двигателями, заточенными под пару видов бензина. Сегодня же наступило тотальное разнообразие: тебе и дизельное топливо, и несколько видов бензина, и газобаллонное оборудование. И у каждого вида есть свои сторонники и противники. Попробуй, разберись. В этот раз мы познакомимся с самыми распространенными в мире видами топлива. С изощренностями в виде топливных элементах, электроавтомобилях, водородных и гибридных двигателях мы разберемся в другой раз...
Бензины обыкновенные: А или АИ?
Существует версия, что название «бензин» происходит от фамилии изобретателя одного из первых автомобилей (1886 год) Карла Бенца. Тогда бензин приобретали в аптеках, поскольку он являлся антисептическим средством. Ныне бензин является основным видом автомобильного топлива и представляет собою продукт смеси углеводородов и присадок. В состав бензинов входят входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 оС. Качество бензина напрямую зависит от нескольких свойств, на которых стоит остановиться поподробнее, поскольку они характерны и также являются ключевыми для других видов автомобильного топлива.
Плотность - при +20 оС в зависимости от марки бензина составляет 690...750 кг/м3. При низкой плотности поплавок карбюратора тонет, и бензин свободно вытекает из распылителя, переобогащая смесь. Со снижением температуры на каждые 10 оС плотность бензина возрастает примерно на 1%.
Вязкость - с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до -40 °С расход бензина через жиклер меняется на 20...30%.
Испаряемость - способность переходить из жидкого состояния в газообразное. Степень испаряемости должна обеспечивать легкий пуск двигателя, его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключать образование паровых пробок в топливной системе.
Давление насыщенных паров - чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Верхний предел давления паров бензина летом должен составлять не более 670 ГПа, зимой - от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением, чем стандартное являются причиною снижения наполнения цилиндров рабочей смесью, что проявляется в потери мощности двигателя.
Низкотемпературные свойства - определяют работоспособность двигателязимой.. С понижением температуры растворимость воды в бензине падает, и она образует кристаллы льда, которые нарушают подачу бензина в двигатель.
Теплота сгорания (теплотворная способность) - количество тепла, которое выделяется при полном сгорании топлива. По данному показателю бензин является одним из лидеров среди других массовых видов топлива, что и обеспечивает ему нынешнюю популярность.
Скорость сгорания. Нормальное сгорание протекает плавно со скоростью распространения пламени 10...40 м/с. Когда скорость возрастает и достигает 1500...2000 м/с, возникает детонационное сгорание, которому присуще скачкообразные изменения скорости движения пламени и возникновение ударной волны.
Для различных сортов бензина предусматривается различное значение вышеперечисленных свойств, но в целом бензины классифицируются по интервалам температур кипения, октановому числу и содержанию серы. Отклонение от стандартных величин любого из вышеперечисленных свойств ведет к ухудшению качества бензина.
Одним из главных показателей бензина является его антидетонационные свойства, т.е. способность сохранять стабильную скорость сгорания при повышении степени сжатия, увеличения угла опережения зажигания, повышение температуры окружающего воздуха, изменения состава рабочей смеси и т.д. Понятно, что чем выше стойкость бензина, тем большей отдачей энергией он располагает. Детонационная стойкость характеризуется октановым числом, указываемом в наименовании марки бензина.
Октановое число - это условный показатель численно равный процентному содержанию (по объему) изооктана в смеси с нормальным гептаном, равноценной по детонационной стойкости испытуемому топливу. Эти два вида углерводородов взяты за основу поскольку при прочих одинаковых условиях наибольшей склонностью к детонации отличается н-гептан, а наименьшей — изооктан. Грубо говоря, изооктановое число говорит о том, сколько в топливе с такими же характеристиками должно содержаться стойкого изооктана.
Методов определения октанового числа несколько, но распространение получили два – моторный и исследовательский. Моторный метод лучше характеризует антидетонационные свойства бензина в условиях повышенной нагрузки, а исследовательский при эксплуатации в городских условиях, когда хараткерны более низкие обороты, частые остановки и меньшая теплонапряженностью.
В России бензины с октановым числом, определяемому моторным методом индексируются буквой «А»: А-76, А-80, А-92. Бензины бензины с октановым числом, определяемому исследовательским методом индексируются сочетанием букв «АИ»: АИ-93, АИ-95, АИ-98.
Близость численных интревалов, различные методы не должна вводить вас в заблуждение, относительно истинной детонационной стойкости. К примеру, октановое число бензина АИ-93 по моторному методу составляет не менее 85, а бензина А-76 по исследовательскому методу - 80...82. Так что заправляться следует именно тем видом бензина, который рекомендован производителем автомобиля.
На качество бензина, а также на величину октанового числа влияют всевозможные высокооктановые компоненты (этил, бензол) и присадки-антидетонаторы. Самым распространенным видом антидетонаторов является этиловая жидкость, на основе тетраэтилсвинца, а также метиловая на основе метилтретбутилового эфира. Применение ядовитых присадок позволяет поднять октановое число на 8-12 единиц. В зависимости от наличия присадок и дополнительных компонентов бензин может быть этилированным ( с добавками) и неэтилированный. При прочих равных параметрах неэтилированных бензин является более качественным. Также на качество бензина влияет содержание свинца и серы, чем их меньше, тем лучше.
Кроме этого, бензин различного октанового числа может разделяться на летний и зимние виды. За рубежом также придерживаются классификации бензина в зависимости от степени этилирования, сезонности, содержания серы и свинца, а также величины октанового числа. Некоторые российские компании, пытаясь европеизироваться в глазах потребителей, обозначают продаваемый бензин в соответствии с западными стандартами. Однако все эти «суперплюс», «супер» «премиум» «регулар» «мидгрейд», «премиум», «суперпремиум» и т.д. не должны сбивать вас с толку – бензин все равно российский и продавец обязан помимо иностранной классификации, указывать марку бензина по отечественному ГОСТу.
Синтетический бензин
Запасы нефти весьма ограничены и поэтому одним из перспективных направлений автомобильной энергетики является производство синтетического бензина, сырьем для которого может быть уголь, природный газ, древесина и т.д. Подобные технологии нашли практическое применение еще в первой половине XX века. К примеру, в 1944 году более половины бензина для авиации и автотранспорта нацистской Германии производилось из местного бурого угля. В ЮАР на основе немецких довоенных разработок из угля производят более 30%, продаваемого в Южной Африке автомобильного бензина.
Такие гиганты как ExxonMobil, Shell, Dow Chemical приступили к строительству заводов, способных вырабатывать синтетический высокооктановый бензин из природного газа. Себестоимость одного барреля синтетического топлива обходится в 36-42 доллара при цене нефти, танцующей около 70 долларов за баррель. Понятно, что семь лет назад, когда нефть стоила в три раза меньше, газовый синтетический бензин считался малоперспективным направлением.
Третьим альтернативным источником сырья для синтетического бензина является древесная биомасса – и непосредственно древесина, и отходы леспопромышленного производства (кора, ветки). Кубометр древесной биомассе эквивалентнет 650 килограммам нефти. По расчетам экономистов производство бензина из дерева оправдано при стоимости нефти свыше 35 долларов за баррель. Немцы уже приступили к строительству заводов. Сырье они планируют заготавливать в России.
Всплеск интереса к синтетическому бензину в последние годы объясняется не только ростом цен на нефть, но также его лучшими экологическими свойствами, а также эксплуатационными, поскольку изначально обладая более высоким октановым числом не нуждается в дополнительных присадках.
Соляра – имя существительное
В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель получил патент на двигатель, впоследствии названный его фамилией. Двигатели Дизеля работали на более тяжелых фракциях перегонки нефти, чем бензин и за этим видом топлива со временем закрепилась фамилия моторостроителя.
Дизельное топливо в основе своей имеет ту же природу, что и бензины, однако поскольку оно тяжелее, то обладает и своими особенностями, главной из которых является лучшая способность к самовоспламенению. Впрыскиваемое в рабочую камеру двигателя дизельное топливо самовоспламеняется под воздействием нарастающего давления воздуха и ему в отличие от бензина не требуется искра от свечи зажигания.
Самовоспламеняемость является ключевой характеристикой дизельного топлива и от нее зависит время задержки воспламенения. Чем дольше период задержки воспламенения, тем быстрее происходит сгорание топливовоздушной смеси и жестче работает двигатель. При жесткой работе поршень подвергается повышенному ударному воздействию, что ведет к повышенному износу двигателя и большему расхода топлива.
Склонность дизельного топлива к самовоспламенению оценивают по цетановому числу, определяющемуся аналогично как детонационная стойкость бензинов по октановому числу. В качестве эталонных углеводородов применяются цетан и альфаметилнафталин.
Для современных дизелей применяются топлива с цетановым числом от 45 до 50. Топливо с показателем ниже 40 ведет к жесткой работе двигателя. Если цетановое число выше 50, то сокращается период задержки воспламенения топлива и солярка сгорает не полностью. Растет задымленность, повышается расход топлива.
Повышают цетановое число различными присадками, а также изменением углеводородного состава. Присадки могут увеличить цетановое число на 10-20 единиц.
Дизельное топливо получило широкое распространение благодаря тому, что в силу особенностей рабочего процесса дизельные двигатели на 20-30% экономичнее бензиновых. Кроме этого, при одинаковой мощности дизельные двигатели позволяют снимать более высокий крутящий момент (динамический показатель, характеризующий тяговые возможности). Именно поэтому дизель востребован в первую очередь на грузовых автомобилях, сельскохозяйственной и специальной техники.
Более тяжелый по сравнению с бензином состав фракций дизтоплива обуславливает, не только его достоинства, но и недостатки. Одним из главных недостатков является значительное ухудшение рабочих характеристик при понижении температуры. Парафины, содержащиеся в солярке, кристаллизируются, оседают на деталях топливной системы и в конечном итоге двигатель парализуется. Именно поэтому на автомобилях, оснащенных дизельными двигателями устанавливают предпусковые подогреватели, растапливающие кристаллы парафина. Низкотемпературные свойства солярки улучшает как повышением цетанового числа, так и за счет специальных присадок. При высоких цетановых числах время пуска снижается, однако как указывалось выше за счет повышенного расхода топлива и ускоренного износа двигателя.
Дизельное топливо имеет более четкую сезонную классификацию в зависимости от температуры окружающей среды:
Летнее – рекомендуется при температуре воздуха не ниже 0 °С.
Зимнее – температура воздуха от 0 до –30 °С.
Арктическое – температура воздуха не ниже –50°С.
Биотопливо – сбылась мечта Хрущева
В поисках альтернативы ископаемым углеводородам многие страны давно определились и выбрали биотополиво. В качестве биотоплива сегодня (вполне может быть что через пятнадцать лет будут другие параметры) договорились называть все виды топлива, основой которого является процесс фотосинтеза, т.е. все топливо, которое получается из частей растений и имеет биологическую основу. Наибольшее распространение из всех видов биотоплива получили спирт этанол, а также масла, например пальмовое, служащее основой экологически чистого дизельного топлива.
Лидером в использовании этанола является Бразилия: 40% потребностей автотранспорта в топливе удовлетворяется за счет спирта, 70% бразильских автомобилей могут использовать биотопливо. В стране законодательно запрещен чистый бензин – государство обязало добавлять к продаваемому на АЗС бензину минимум 20% спирта. Такая добавка нисколько не вредит, т.к. этанол повышает октановое число топлива. Однако 18 000 из 22 тысяч бразильских АЗС продают чистый 95,5%-й спирт! Успех Бразилии кроется не только в государственной политики, но более в прекрасных климатических условиях, позволяющих выращивать большое количество сахарного тростника из которого гонится дешевый спирт – за $ 0.80 можно приобрести галлон (3,785 л) спирта. При таких ценах и качестве продукта в некоторых регионах России народ просто бы спился. Хотя и в России во времена коллективизации, часть техники ездила на спирту – и ничего выжили, пятилетки делали за три года.
Сахарный тростник – не единственная основа биотоплива. Вслед ему дышит кукуруза. Сбывается мечта Хрущева – кукуруза по всему миру захватывает все большее площади, именно как сырье для биотоплива. Не случайно, кукуруза входит в тройку самых распространенных зерновых, наряду с пшеницею и рисом. Во многих странах, например США под кукурузу отводится больше посевных площадей, чем под пшеницу. Четверть выращиваемой в США кукурузы идет на выработку этанола. В России только планируют построить заводы по производству этанола, хотя технология такая же, как и для производства обыкновенного спирта.
Несколько сложнее, чем спирт, является дизельное биотопливо на основе масличных культур. Как всегда Россия, с ее огромными площадями подсолнечника, сои, рапса, и т.д. оказалась в арьеграде технологий. В это время ряд стран по примеру Бразилии ввели законодательно обязательную продажу биотоплива, но уже дизельного. Впереди всех – Малайзия с дизельным биотопливом на основе пальмового масла. Там для полного перехода на более экологичное топливо отвели всего полгода! И перешли!
Да что там Малайзия – в Белоруссии какой-то «Новоельнянский межрайагроснаб» приобрел линию за 70 тысяч долларов и теперь скупает в округе рапсовое зерно. Затем перерабатывает его в масло, смешивает с соляркой и успешно использует как дизельное биотопливо для внутреннего пользования, так и на продажу.
Притягательность натуральных масел объяснима. Во-первых, по теплоте сгорания они практически одинаковы с солярой из нефтепродуктов. Во-вторых, гораздо экологичнее. В-третьих, двигатель не требует переделки. И, в-четвертых, ощутимо дешевле. И чем дальше, тем разница будет очевиднее.
В России была попытка совместными усилиями с греческими инвесторами построить завод по производству дизельного топлива из натурального сырья, а также вторичного машинного масла. Однако она бесславно провалилась и только недостроенные производственные мощности под городом Армавиром в Краснодарском крае свидетельствуют о попытке пятнадцатилетней давности осуществить весьма заманчивый и полезный проект.
СУГ, вам!
СУГ – это вовсе не ругательство, это аббревиатура распространенного в России автомобильного топлива - сжиженных углеводородных газов (СУГ). Коммерческое применение нашли два вида СУГ, на них мы и остановимся поподробнее, поскольку многие сейчас предпочитают переходить именно на газ.
Пропан-бутан. Пропан-бутан - синтетическое топливо. Его получают из нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. В два с лишним раза дешевле бензина, но ненамного экологичнее.
Метан. Метан гораздо экологичнее, чем пропан-бутан и тем более бензина – продуктами полного сгорания метания являются углекислый газ и вода. Один из недостатков – неразвитая сеть АГЗНС, работающих с метаном. С технической точки зрения данная проблема может быть устранена – теоретически метаном можно заправляться из бытовой газовой сети. К примеру, «Хонда» «Сивик GX» производимая для рынков США и Канады комплектуется портативным домашним компрессором.
Достоинства газа
Стоимость. Пропан-бутан в два раза дешевле бензина. Правда, расход газа на 10-15 % больше, чем бензина. Метан вообще является одним из самых дешевых видов топлива для автомобилей – он почти в два раза дешевле пропан-бутана и в четыре-пять раз, чем бензин.
Чистота топлива. Газ гораздо чище бензина. В систему впрыска и в камеру сгорания не попадают твердые частицы грязи, смертельно опасные для двигателя, вызывающие его преждевременный износ.
Полное сгорание. При сгорании газа практически не образуется нагара, который также ведет к преждевременному износу двигателя.
Уменьшение износа цилиндро-поршневой группы. При пуске холодного двигателя не образуется пленки из бензина, смывающей смазку. Газ медленнее сгорает (выше октановое число) и давление в цилиндрах нарастает не так быстро - ударные нагрузки на детали двигателя меньше. Практика показывает, что ресурс двигателя автомобиля, эксплуатирующегося на газовом топливе увеличивается на 30-40%.
Сохранение рабочих свойств моторного масла. Моторное масло окисляется не столь интенсивно, не разжижается газом, потому дольше сохраняет свои рабочие свойства – способность смазывать, очищать и охлаждать детали двигателя. Масло эффективнее захватывает продукты износа и частицы пыли, поступающие через воздушный фильтр, выносит их в поддон двигателя, где проходит очистку через масляный фильтр.
Недостатки газа
Дополнительные затраты на оборудование
Чем выше качество ГБО, тем оно дороже. Сегодня на рынке представлены три категории оборудования:
- Российское, а также стран СНГ. Качество непредсказуемо. Проблемы могут начаться с первых же километров. Впрочем, весьма приемлемый вариант для отечественных автомобилей, необремененными электроникой системой впрыска топлива. Технически продвинутый водитель может и сам кое-что отрегулировать.
- Итальянское. Весьма надежное. К слову Италия вместе с Россией в лидерах в мире по числу автомобилей оснащенных ГБО.
- Голландское. Самое дорогое и надежное. Есть смысл устанавливать на импортные автомобили. Есть даже и на восьмицилиндровые двигатели.
Для метана требуется более сложное оборудование, в т.ч. намного дороже баллоны, способные выдерживать огромное давление.
Цена удовольствия (покупка, монтаж, регулировка) исчисляется от 10 000 и до 50 тысяч рублей. Дополнительные затраты имеют смысл, если у вас карбюраторный автомобиль или вы много ездите по роду своей деятельности. Если у вас небольшой современный иностранный автомобильчик с объемом двигателя до полутора литров и соответственно небольшим расходом топлива, то целесообразность дополнительных затрат под большим вопросом.
Потеря полезного объема и лишний вес
Использование газа потребует установку дополнительных емкостей - баллонов. Проблема потери полезного объема и веса особенно актуально для метана. Плотность метана в тысячу раз меньше плотности бензина. Поэтому его сжимают при огромном давлении до 200-250 атмосфер и для его хранения требуются особо прочные баллоны. Несмотря на сумасшедшее давление в тяжелый 50-литровый баллон помещается метана всего лишь на 200-250 километров пробега легкового автомобиля.
Потеря мощности двигателя
Это происходит по двум причинам – во первых, у газа по сравнению с бензином меньшая теплота сгорания. Во-вторых, газ горит при меньших концентрациях, т.е. при более «бедных» смесях. Фактически степени сжатия стандартного двигателя не хватает для эффективной работы на газе. Обедненная смесь ведет к понижению мощности. Общая потеря мощности составляет 10-15%.
Потеря мощности может компенсироваться увеличением концентрации газа в рабочей смеси. Именно поэтому этот негативный фактор больше всего проявляется на низких и средних оборотах. На высоких оборотах они так не ощущаются. К примеру, как показывают исследования, автомобиль на газе развивает максимальную скорость примерно на 5% меньшую, чем при езде на бензине.
Повышенная вероятность прогара выпускных клапанов двигателя
Длительность горения газа дольше, чем бензина. В момент открытия выпускных клапанов газо-воздушная смесь в цилиндре еще продолжает гореть и, как следствие, возможен перегрев выпускных клапанов. Как правило, это происходит из-за неправильно выставленного зажигания и является следствием недостатков технического обслуживания автомобиля.
Дополнительные затраты на обслуживание
Во-первых, следует регулярно сливать конденсат. Во-вторых, периодически требуется регулировка редуктора, проверками герметичности системы и дополнительными регулировки карбюратора и зажигания. В-третьих, смена диафрагм через 30-50 тыс. км (в зависимости от производителя) потребует переборки редуктора.
Чем больше автомобиль напичкан электроникой, тем сложнее ГБО и дороже станет его обслуживания. Приличный сервис невозможен без набора современного оборудования: сканера, газоанализатора, компьютера, компрессора. Во избежание проблем оптимальным вариантом является приобретение ГБО и обслуживание в сертифицированных компаниях, обладающих и соответственным оборудованием и опытом. В данном случае техобслуживание ведется в соответствии с требованиями производителя, и все работы фиксируются в сервисной книжки. Следует учесть, что и про плановые ТО, включая и по основной топливной системе также надо проходить и также менять топливные фильтры, проверять, регулировать и т.д.
Снижение пусковых качеств при низких температурах
При температуре воздуха ниже – 5 °С запуск двигателя на газе становится обременительной процедурой и поэтому приходится переключаться на бензин.
А как на Западе?
На западе во всю готовятся к нефтяному дефициту. Упирают в основном на метан. К примеру, правительство Германии обещает сохранить действующую цену на метан (67 евроцентов за килограмм) вплоть до 2020 года. Только в 2007-м году планируется открыть 600 АГНЗС. Владельцам автомобилей на метане делаются налоговые послабления.
Идет на встречу и автопром, особенно европейский. С конвейеров сходят автомобили, изначально заточенные под езду и на бензине, и на газе. При этом «газовые» недостатки сведены к минимуму. В списке производителей такие гранды как «Фиат», «Опель», «Мерседес», «Пежо», «Ситроен», «Рено», «Вольво», «Фольксваген», «Форд». Вот только в России, обладающей самым большим запасом природного газа, не шевелятся ни власти, ни автогиганты. Видимо выгодно, чтобы автолюбители и впредь жирно кормили владельцев нефтеперерабатывающих предприятий и крупных сетей АЗС.
Дмитрий Протасов, Ставрополь
специально для Южного Автоблога
Конукрс антимаулнетизм
Простатит лечится, рукопашный бой изучается
