Ужин двигателя

Вот уже 115 лет бензин остается самым востребованным блюдом в рационе двигателя Отто. Однако в меню «искрового» мотора есть и другие позиции- более лакомые и более здоровые.

Видео дня

{*photo1 small left*} Поиски оптимального топлива для "искрового" двигателя начались за несколько лет до официального рождения автомобиля в 1886 году. Существовавшие на тот момент стационарные ДВС работали главным образом на светильном газе, смеси метана и водорода, образующейся при коксовании угля. Светильный газ был недешев и к тому же неудобен в хранении и транспортировке.

Одним из первых стал использовать бензин в качестве моторного топлива (ранее он продавался в маленьких бутылочках в аптеках как средство от вшей) не кто иной, как Готлиб Даймлер. Изобретением карбюратора, позволившего переводить жидкое топливо в газообразное состояние и смешивать его с воздухом, он решил основную проблему того времени, и вскоре примеру Даймлера последовали другие. "Средство от вшей" теперь все чаще можно было встретить в обычных магазинах, залитым в большие канистры, а вскоре бензин появился на специальных заправочных станциях, которые стали непременным атрибутом каждого большого города.

Бензин против бензина Довоенные методы получения бензина из нефти не позволяли достичь высокого октанового числа, поэтому двигатели машин той поры имели меньшую степень сжатия топливо-воздушной смеси и, соответственно, меньший КПД. Увеличить их эффективность не позволяло явление детонации. Когда октановое число бензина было недостаточно высоким для работы в двигателе с определенной степенью сжатия, смесь самовоспламенялась от поджатия, прежде чем до нее доходил фронт пламени от свечи. Такое воспламенение имело взрывной характер, и двигатель начинал работать с большими тепловыми и механическими нагрузками.

{*photo2 small left*} Однако за годы войны бензин как топливо сильно улучшил свои позиции. Вторую мировую войну не случайно называют "войной моторов", именно техническое превосходство часто становилось основной причиной побед. В деле двигателестроения немцы были сильны, но и антигитлеровская коалиция имела свой козырь-лучший по качеству бензин. Британский премьер-министр Дэвид Ллойд Джордж отмечал, что его страна не выиграла бы в 1940 году воздушную битву за Британию, если бы у летчиков не было авиационного бензина с октановым числом около 100. Октановое число бензина немцев и японцев было около 87-90, и этот недостаток сильно снижал шансы на победу гитлеровских летчиков в воздушных боях.

После окончания войны технологии, изначально разработанные для авиации, нашли применение на автомобилях. С ростом октанового числа бензина росла степень сжатия двигателей, а вместе с ней их мощность и экономичность. Октановое число бензина обычно определяется пропорциями содержащихся в нем компонентов. Например, бензины, на которых работают моторы болидов "Формулы-1", содержат больше высокооктановых компонентов, таких как ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды разветвленного строения, а также больший набор добавок, призванных снизить риск детонации.

Топливо для экологии

Если до топливного кризиса 1970-х годов цены на бензин мало кого волновали, то после этого времени монополисты "искровых" двигателей стали все чаще искать более экономную альтернативу, а в 1990-е годы не меньшее внимание начали уделять еще и экологическим характеристикам топлива. Так, все большим интересом начинают пользоваться сжиженный и природный газ. С экологической точки зрения природный газ представляется самой привлекательной альтернативой. При его использовании существенно снижается эмиссия токсичных выбросов с отработавшими газами, привлекателен он и с точки экономии топлива, ведь стоимость его заметно ниже бензина. Но достоинства перекрываются недостатками: во-первых, двигатель, работающий на природном газе, имеет затрудненный запуск в холодную погоду, а во-вторых, пока экономически целесообразней выпускать битопливные двигатели. Из-за этого двигателестроителям приходится ограничивать степень сжатия возможностями бензина, и высокое октановое число природного газа 130 оказывается бессмысленным. Так что, несмотря на то что теоретически двигатели, работающие на природном газе, могут выдавать большую мощность по сравнению с бензиновыми, на практике при работе на метане мощность снижается примерно на 10% и одновременно увеличивается расход топлива.

На фоне природного газа использование водорода в ДВС выглядит менее перспективным. Теоретически, если двигатель оборудовать непосредственным впрыском водорода, его мощность можно увеличить примерно на 20% по сравнению с аналогичным бензиновым. Ведь теплота сгорания водорода- 120 МДж/кг, правда, она частично компенсируется тем, что для сгорания 1 кг водорода требуется 34,48 кг воздуха. Но почему же тогда водородный С-МАХ не впечатлил пишущую братию? Оказывается, мощностью решили пожертвовать ради экологии. Дело в том, что вопреки созданному стереотипу из выхлопной трубы водородной машины выделяется не только вода, но и токсичные оксиды азота. Особенно высоко их образование при работе мотора на стехиометрической смеси, когда внутри цилиндра создаются высокие температуры. Поэтому, чтобы сделать выхлоп по-настоящему чистым, мотор заставляют работать на обедненных смесях- добавляя в цилиндр меньше водорода, чем это возможно. В итоге при переходе с бензина на водород машина теряет почти половину мощности.

Так что поиски оптимального топлива для "искрового" ДВС продолжаются...

По материалам журнала "Популярная Механика"