Эксплуатационные характеристики бензинов определяются требованиями к детонационной стойкости и фракционному составу. Детонация двигателя определяется самовоспламенением части топливо-воздушной смеси, наиболее удаленной от свечи. Внешнее проявление детонации — наличие звонких металлических стуков, причиной которых является многократное отражение ударных волн от стенок камеры сгорания. Детонационная стойкость бензинов оценивается октановым числом. Октановое число бензина определяется по моторному или по исследовательскому методу, причём моторный метод лучше характеризует антидетонационные свойства бензина в условиях форсированной работы двигателя, а исследовательский — в условиях эксплуатации двигателя в городском цикле, т.е. когда двигатель работает с относительно невысокой частотой вращения коленчатого вала, с частыми остановками. Если октановое число бензина определено по исследовательскому методу, то маркировка бензина содержит буквы АИ (АИ93), если по моторному, то только букву А (А80). Характеристики бензинов по октановому числу приведены в таблице 1.
Для повышения детонационной стойкости в бензин добавляют антидетонаторы, в частности, тетраэтилсвинец (ТЭС), содержание которого в отечественных бензинах указано в таблице 1.
Таблица 1. Сравнительные характеристики бензинов
| Характеристики бензина (октановое число и содержание тетраэтилсвинца) | Марка бензина | |||||||||
| Россия | Япония | |||||||||
| А72 | А76 | А80 | А92 | АИ93 | АИ95 | АИ96 | АИ98 | Regular | Premium | |
| По моторному методу | 72 | 76 | 80 | 83 | 85 | 87 | 88 | 89 | - | - |
| По исследовательскому методу | не нормируется | 92 | 93 | 95 | 96 | 98 | 91 | 98 | ||
| Содержание ТЭС, г/кг | 0.41 | 0.24 | 0.24 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 |
Основная масса отечественных бензинов - этилированные (выпускаются по ГОСТ 2084-77). По отдельному стандарту (ОСТ 38019-75) в незначительных количествах выпускается неэтилированный бензин АИ95 «Экстра» (для представительских автомобилей высшего класса).
В Японии используется практически только неэтилированный бензин с октановым числом (по исследовательскому методу) 91 ("Regular"), который составляет 97% от общего объёма выпускаемого бензина (кроме того, выпускается еще около 2-х процентов неэтилированного бензина «Premium» с октановым числом 97-98 и около 0,5% этилированных бензинов). В связи с этим в инструкциях на конкретные модели автомобилей японского производства не указывается марка бензина, отмечается только, что следует использовать неэтилированный бензин (бензин, не содержащий свинца).
Использование этилированного бензина для двигателей с электронным управлением впрыском недопустимо, поскольку содержащийся в нем свинец "отравляет" активное покрытие датчика кислорода и трехкомпонентного блока катализатора. Реакция двигателя при этом определяется используемой схемой управления. На последних моделях блок управления зафиксирует неисправность датчика и установит режим работы с фиксированными величинами управляемых параметров, а это приведет к некоторой потере мощности и приемистости двигателя на всех режимах работы.
При замене неэтилированного бензина этилированным в условиях резкого изменения частоты вращения коленчатого вала двигатель работает с некоторой детонацией, поскольку при резком открывании дроссельной заслонки в цилиндры двигателя сначала попадают низкооктановые, лёгкие, быстроиспа-ряющиеся фракции бензина, что и приводит в момент разгона к появлению детонации, которая прекращается при поступлении в цилиндры более тяжёлых высокооктановых фракций. Поэтому при использовании этилированного бензина разгон автомобиля должен быть более плавным.
Основным конструктивным фактором, определяющим требования двигателя к октановому числу, является степень сжатия. Повышение степени сжатия позволяет увеличить мощность двигателя и уменьшить удельный расход топлива, но с увеличением степени сжатия необходимо повышать октановое число применяемого бензина. Использование бензина с более низким октановым числом вызывает детонацию, увеличивает степень износа элементов двигателя (разрушение перемычек между канавками для поршневых колец, прогар прокладки головки цилиндров, подгорание клапанов и т.д.). При кратковременном использовании бензина с более низким октановым числом следует установить более позднее зажигание; не допускается езда с резкими изменениями частоты вращения коленчатого вала, пользоваться следует в основном более низкими передачами.
Фракционный состав бензина определяет пусковые характеристики двигателей, кроме того, он оказывает влияние на прогрев и приемистость (интенсивность разгона) двигателя, экономичность и долговечность его работы, а также на образование паровых пробок в системе питания двигателя. Чем выше содержание низкокипящих фракций в бензине, тем лучше его пусковые свойства. Однако высокое содержание низкокипящих фракций увеличивает склонность бензина к образованию паровых пробок. При нагревании бензина в системе питания (в основном в зоне расположения бензонасоса) образуются пары низкокипящих фракций бензина, при этом их объём превышает объём жидкого бензина примерно в 100—200 раз. Производительность насоса уменьшается, происходит обеднение смеси, мощность двигателя резко падает или двигатель глохнет. Если такое случится, следует заглушить двигатель, охладить бензонасос и трубопроводы системы питания. Чтобы снизить вероятность образования паровых пробок, необходимо использовать марку бензина, соответствующую сезону.
Отечественные бензины (кроме бензина марки АИ98) выпускаются двух видов: зимний (рекомендуется использовать в нашей местности с 1 октября по 1 апреля) и летний (с 1 апреля по 1 октября). Использование летнего бензина зимой создаёт трудности с пуском двигателя, при этом возрастают потери в динамике, ускоряется износ элементов двигателя. Тяжёлые фракции бензина, имеющие высокие температуры конца кипения, не успевают испариться во впускной системе и поступают в цилиндры двигателя в жидком виде, часть их не успевает сгореть, и экономичность двигателя снижается. Несгоревшее топливо осаждается на стенках цилиндра в виде нагара, повышается износ двигателя. Нагар образуется и при использовании качественного бензина при частой езде в городском цикле на непрогретом двигателе. В этом случае полезны периодические прогоны на форсированном режиме за городом: происходит выжигание образовавшегося нагара.
Существует мнение, что для облегчения пуска зимой лучше использовать авиационный бензин, однако это мнение ошибочно: пусковые характеристики авиационных бензинов хуже, чем зимних и даже летних автомобильных бензинов. Для автомобильных бензинов пусковые свойства определяются не маркой бензина (октановым числом), а его видом (летний или зимний), поэтому мнение о том, что бензин с более высоким октановым числом облегчит запуск в зимнее время, также неверно. Просто зимой необходимо использовать зимний бензин, летом — летний.
В качестве топлива быстроходных дизельных двигателей используется дизельная фракция нефти, испаряющаяся в диапазоне температур 180-360°C при первичной перегонке нефти. Дизельную фракцию получают также термическим или каталитическим крекингом, но при этом качество дизельного топлива несколько ниже.
Основные характеристики дизельного топлива - испаряемость и воспламеняемость. Испаряемость характеризует фракционный состав топлива. Если в топливе больше легких фракций (испаряющихся при более низкой температуре), то затрудняется пуск двигателя, поскольку легкие фракции хуже самовоспламеняются.
Если в топливе больше тяжелых фракций (испаряющихся при более высокой температуре), то увеличивается расход топлива и дымность выхлопа. Дизельное топливо характеризуется температурой выкипания 50% (определяет пусковые свойства топлива) и 96% (определяет содержание тяжелых фракций, увеличение содержания которых способствует повышению нагарообразования и дымности выхлопа, снижает экономичность и ухудшает смесеобразование) топлива. Воспламеняемость топлива определяет длительность периода задержки воспламенения, который составляется из времени на распад струи на капли, их испарение и смешивание паров с воздухом (физическая составляющая, зависящая от конструкции двигателя) и времени прохождения предпламенных реакций и формирования очагов самовоспламенения (химическая составляющая, зависящая от свойств топлива).
При увеличении периода задержки воспламенения топливо лучше подготавливается к сгоранию и сгорает с высокой скоростью и быстрым нарастанием давления в камере сгорания. Сгорание топлива со скоростью нарастания давления больше 0,6 МПа на градус поворота коленчатого вала двигателя создает значительные ударные нагрузки на элементы двигателя и ускоряет их износ. Такой режим работы дизельного двигателя называют жестким. При сокращении периода задержки воспламенения ухудшаются условия смесеобразования, снижается мощность двигателя и его экономичность, но работа двигателя становится мягче. Воспламеняемость дизельного топлива характеризуется цетановым числом (условная единица воспламеняемости). Чем меньше цетановое число, тем больше период задержки воспламенения.
Использование топлива с цетановым числом ниже 45 вызывает жесткую работу дизеля, а топлива с цетановым числом более 50 приводит к неполному сгоранию топлива, увеличению удельного расхода топлива и ухудшению условий запуска двигателя. Японские фирмы рекомендуют использовать только с цетановым числом не ниже 43, что обеспечивает надежный запуск и мягкую работу двигателя. Способность топлива к образованию нагара и лаковых отложений характеризуется иодидным числом, зольностью и коксуемостью. Чем выше эти показатели, тем выше вероятность образования нагара и лаковых отложений, ухудшающих эксплуатационные характеристики двигателя. Важным параметром дизельного топлива является содержание серы. Чем выше ее содержание в топливе, тем большему коррозионному воздействию подвергаются элементы цилиндро-поршневой группы. Дизельное топливо характеризуется также группой показателей прокачиваемости топлива по системе (коэффициент фильтруемости, вязкость, температура помутнения, температура застывания), величины которых оказывают влияние на использование топлива при низких температурах.
Дизельное топливо, рекомендуемое японскими фирмами при разных температурах воздуха, делится на три группы (таблица 2):
Таблица 2
| Предельная температура использования,°C | Группа топлива | ||
| JIS 2 | JIS 3 | Специальное JIS 3 | |
| до -10°C | • | ||
| до -14,5°C | • | • | |
| до -19°C | • | ||
| до -22°C | • | • | |
| до -25°C | • | ||
При температурах до -14,5°C и до -22°C используется смесь указанных групп топлива в равном количестве.
По ГОСТ 305-82 выпускается три марки дизельного топлива: летнее (Л), зимнее (3) и арктическое (А) с цетановым числом не ниже 45. Летнее топливо имеет температуру застывания -10°C, зимнее -35°C и арктическое -55°C. Содержание серы в летнем и зимнем топливе не более 0,5%, в арктическом не более 0,4%. Выпускавшееся с Государственным знаком качества топливо имело содержание серы не более 0,2%. В Японии дизельное топливо для автомобильных двигателей имеет цетановое число не ниже 48 (т.е. использование нашего топлива вызывает несколько более жесткий режим работы двигателя) и содержание серы не более 0,2% (т.е. использование нашего топлива несколько сокращает ресурс двигателя за счет большего корродирующего воздействия на элементы цилиндро-поршневой группы). Летнее топливо имеет кинематическую вязкость на уровне 3,0-6,0 мм³/с, зимнее - 1,8-5,0 мм³/с, арктическое - 1,5-4,0 мм³/с. Использование зимнего или арктического топлива летом приводит к ухудшению условий смазки элементов топливного насоса и возможности подтекания топлива в зазорах плунжерных пар насоса, а использование летнего топлива зимой даже при небольшом морозе затрудняет прокачку топлива по системе, ухудшает процесс смесеобразования, что приводит к повышению дымности выхлопа и снижению экономичности.