Экология, ресурс, обогащение смеси: можно ли заправлять китайские автомобили 92-м бензином

Немного теории

Прежде чем перейти непосредственно к разбору китайских моторов, вспомним в общих чертах теорию ДВС. Увы, без этой скучной части разобраться в хитрости инженеров (а вдобавок – и маркетологов) из Поднебесной будет сложно. Начнём мы с топливовоздушной смеси. А если точнее, то с вопроса: что такое оптимальная топливовоздушная смесь?

Теоретически оптимальная смесь – стехиометрическая. Как известно, бензину для горения требуется окислитель, то есть кислород. В процессе сгорания молекулы углеводородного топлива, содержащие в своем составе углерод С и водород H, взаимодействуют с молекулами кислорода О, в результате чего выделяются конечные продукты окисления вида СО2, Н2О и прочие соединения. Но главное – образуется энергия расширения горящих газов, а также определённое количество теплоты. Идеальное сгорание бензина возможно только при смешивании воздуха и бензина в массовом соотношении 14,7:1, и смесь в такой пропорции называют стехиометрической. В идеальной системе при сгорании стехиометрической смеси образуются только углекислый газ СО2 и водяной пар Н2О. Есть ещё и азот, но его в расчёт не принимаем – он не горючий, так что как он приходит, так и уходит. Получается идеальная картинка: всё сгорает почти полностью, выбросы минимальны, лошади в цилиндрах рождаются целыми табунами. Увы, в жизни идеал недостижим, и в реальности от стехиометрической смеси приходится иногда отходить.

С точки зрения работы мотора стехиометрическая смесь действительно оптимальна, но лишь на рабочих режимах. Но иногда что-то может пойти не так, и для мотора возникает опасная ситуация. Например, риск детонационного сгорания топлива. В этом случае срабатывают различные механизмы защиты двигателя, в том числе –  обогащение смеси. Ни для кого не секрет, что бензин – это не только горючее, но еще и жидкость. Избыток жидкости в виде бензина в камере сгорания, которая не может сгореть из-за нехватки кислорода, приводит к резкому снижению температуры. Это эффективно предотвращает детонацию.

В теории ДВС есть такое понятие – коэффициент избытка воздуха, который обозначается буквой λ (лямбда). Для стехиометрической смеси λ равна единице, под слегка обогащённой принято считать коэффициент избытка воздуха равным 0,8-0,9. Если обогатить смесь сильнее, то получится избыток бензина, который не сможет сгореть в отсутствие необходимого количества кислорода, но будет охлаждать камеру сгорания, предотвращая развитие детонации. При этом вырастут выбросы СО и СН. Разумное (а не бездумное) обогащение смеси позволяет при нагрузках спасти мотор от детонации, и поэтому его применяют все и всегда: и на заводских прошивках, и тем более при чип-тюнинге. Можно проанализировать стоковое ПО, можно – откалиброванное объективно признанными в мире авторитетами  («Лаборатория скорости», APR, MHD, Revo и прочие), результат будет одинаковый: на современных моторах в потенциально опасных режимах «подливают» все. Мотор это устраивает полностью. Но, само собой, это не устраивает экологов, потому что у них свой взгляд на вещи.

С точки зрения экологии смесь всегда должна быть стехиометрической, а в редких случаях – даже обеднённой (λ равна приблизительно 1,05 – 1,10). Производителям, зажатым в Прокрустово ложе экологических норм, очень важно не перелить топлива там, где можно обойтись стехиометрической смесью. Раньше достичь параметров идеальной смеси было практически невозможно в силу ограничений по быстродействию датчиков и исполнительных механизмов (форсунок), их прецизионности, а также недостаточных вычислительных мощностей процессоров. Ведь на больших оборотах требуется высокая скорость и точность считывания данных, высокая скорость вычисления, высокая скорость и прецизионность реакции исполнительных механизмов. А цена ошибки при этом не менее высокая (детонация – штука для мотора смертельно опасная). Чтобы превентивно защитить мотор, использовался режим выключенного лямбда-регулирования (open loop — открытая топливная петля). Это такой режим, при котором отсутствовали коррекции по кислородному датчику, и дополнительное обогащение на высоких оборотах было постоянным, но приблизительным – рассчитанным не по фактическим данным с датчиков, а по заранее смоделированному алгоритму. 

Современные технические возможности позволяют производителям приближаться к выдерживанию идеальной топливовоздушной смеси в большинстве режимов работы мотора. Современные широкополосные кислородные датчики стали более точными и скоростными, а вычислительная мощность процессоров блоков управления значительно выросла. И open loop потихоньку уходит в прошлое: сейчас электроника позволяет корректировать смесь в намного более широком диапазоне оборотов, и мотор работает в режиме замкнутой обратной связи на любых оборотах. Особенно важно, что и на высоких тоже. Ну и ещё одна важная деталь: потихоньку устаревающие многоточечные системы впрыска MPI не обладают такой точностью дозирования топлива, как более современные моторы с непосредственным впрыском. Сейчас впрыскивать можно хоть несколько раз за такт, обеспечивая требуемое распределение топлива в камере сгорания для оптимизации процесса этого самого сгорания. И это ещё один аргумент в пользу более точной настройки смеси.

Один большой компромисс

Из всего вышесказанного можно сделать один вывод: производителям приходится постоянно искать компромисс между экологичностью и ресурсом мотора. К сожалению, эти две вещи друг другу противоречат: с одной стороны, обогащение смеси защищает двигатель от перегрева и детонации, с другой – приводит к серьёзному росту содержания вредных веществ в отработавших газах. В итоге большинство именитых производителей выпускает моторы, работающие на стехиометрической смеси практически во всех режимах, кроме аварийных. Несмотря на то, что принцип одинаков у всех, существуют некоторые различия в реализации механизма обогащения. Например, если посмотреть на софт автомобилей Toyota, можно увидеть, что японцы не боялись организовать очень серьёзное переобогащение смеси даже на атмосферных моторах в любом потенциально сложном режиме. Машины от этого ехали хуже, ели больше, но зато заработали статус неубиваемых: чтобы мотор, изготовленный по стандартам «императорского качества», развалился сам по себе – такого не было и нет. А вот немецкие моторы настроены более дотошно: обогащение работает намного точнее и вывереннее, и придраться в этом отношении к ним сложно. 

Теперь вернёмся к китайским инженерам. Они тоже искали компромисс, причём задачу они себе поставили намного более сложную: нужно не только уложиться в экологические нормы и сохранить ресурс мотора, но и позволить владельцам их автомобилей заправляться 92-м бензином. Что они такого придумали хитрого, что сломало все законы физики?

Наши старые друзья и партнёры из тюнингового ателье «Лаборатория Скорости» прогнали на динамометрическом стенде и сняли параметрию с не одного десятка китайских автомобилей и пришли к неожиданному выводу: по мнению специалистов компании, большинство этих машин отличаются неоптимальным смесеобразованием. И дело как раз в заводских настройках состава смеси. Алгоритм работы подавляющего большинства китайских моторов поражает своей простотой: до достаточно высоких оборотов (3800 – 4000) смесь остаётся стехиометрической – никакого обогащения не предусмотрено вовсе. В принципе, сейчас это нормально. Но при приближении к максимальным оборотам, перед отсечкой, вместо необходимого и достаточного обогащения в пределах 0,8-0,9 по шкале лямбда форсунки начинают внезапно и без какой-либо логики лить топливо ведрами, иногда до λ=0,7. Что мы там говорили про open loop и возможности современных датчиков? Да плевать, надо просто много бензина. Логика получается странной: пока пациент хрипит и стонет, врачу до него дела нет, но когда он начинает синеть и трястись в агонии, его одновременно бьют дефибриллятором, дают ему мешок аспирина и на всякий случай колют глюкозу. С того света, конечно, вытаскивают, но только для того, чтобы он мучился дальше.

Посмотрим своими глазами, к чему может привести не совсем логичная модель обогащения. Вот пример логов, снятых с одного китайского автомобиля. Даже на 100-м бензине видны отскоки угла опережения зажигания для предотвращения детонации. После настройки топливо-воздушной смеси в прошивке (отхода от стехиометрии в некоторых режимах и умеренного обогащения в зависимости от нагрузки) проблема ушла. Это не статистически проверенный факт, так как на другой точно такой же машине таких отскоков замечено не было, но суть понятна: на стоковой прошивке с по-китайски странной топливоподачей проблема была, после настройки она пропала. Выводы, думаю, очевидны.

1 / 4

2 / 4

3 / 4

4 / 4

Очевидно, что китайцы в своих настройках прямо с завода активно используют избыточное обогащение в режимах высоких оборотов и больших нагрузок. Конечно, это лучше, чем ничего. Но, по мнению специалистов «Лаборатории скорости», использовать 92-й бензин такое решение всё равно не позволяет. Ведь в рабочих режимах, да и в мощностном режиме на средних нагрузках смесь в любом случае останется стехиометрической. По факту, в плане смесей мотор защищён только в режиме максимальных нагрузок. В этом отношении китайцы в калибровке заводского ПО как будто бы пошли путём тюнеров, а не европейских заводских инженеров. Последним приходится везде использовать стехиометрию, а китайцы и тюнеры этим правилом не отягощены, отчего и льют дополнительное топливо для защиты компонентов в самых разнообразных дозах. Другое дело, что специалисты из Поднебесной делают это пока уж слишком топорно и совершенно не заботятся о средних нагрузках, в то время как продвинутые тюнеры поступили бы гораздо более изящно: обогатили бы топливовоздушную смесь ровно там, где надо, и ровно настолько, на сколько надо. И с такими настройками даже китайским моторам жить было бы комфортнее, чем с заводскими.

Ну и всё-таки: зачем и почему китайцы разрешают использовать 92-й бензин? Тут придётся обращаться только к предположениям.

Использование 92-го бензина вкупе со странностями настройки ставит нас в тупик. С одной стороны, можно было бы предположить стремление производителей продвигать свои автомобили на рынках Европы и Америки. Это могло бы объяснить стехиометрию в основных режимах и отсутствие какого-либо защитного обогащения в режимах, близких к максимальным нагрузкам. Любое обогащение приводит к росту вредных выбросов, а этого допускать никак нельзя. Во время экспансии можно было бы пожертвовать ресурсом моторов, но войти на новые рынки с заманчивым предложением «очень экологичного автомобиля», который выглядит настолько современным, что европейцам и не снилось. Но в эту картину не вписывается прямо-таки конское обогащение на больших нагрузках – с такими мощностными режимами автомобили вряд ли пройдут экологические тесты в Европе и США.

Второе: есть предположение, что китайские инженеры не слишком усердствуют при настройке моторов для бензиновых машин, считая их тупиковой ветвью развития и делая ставки на электромобили и гибриды. Возможно, они не слишком много времени уделяют ресурсным испытаниям бензиновых ДВС, которые им просто не интересны. Зато описанный выше алгоритм очень хорошо подходит двигателям, работающим в составе последовательного гибрида. В гибридных автомобилях условия работы ДВС просто шикарные: они работают в намного более узком диапазоне оборотов с прогнозируемой нагрузкой, так что пляски с бубном в попытке настроить им точный состав смеси просто излишни. Причём по большому счёту даже 92-й бензин сильно вредить не будет. Зато опять же получается очень экологично и экономично. А значит, и конкурентоспособно. Повторюсь: это предположение, но возможно, это тоже одна из причин особенностей топливной коррекции.

На чём ездить?

Разрешение заливать в бак АИ-92 выглядит примитивным заигрыванием с целевой аудиторией. Турбированный мотор нельзя заправлять этим бензином. Будь такой мотор хоть китайским, хоть немецким, хоть российским, хоть иранским – ему требуется минимум АИ-95. Если в инструкции по эксплуатации своей машины видите разрешение заправлять её 92-м бензином, поищите миллион звёздочек, которые предупреждают, что с этим бензином можно ездить не быстрее 5 км/ч и не продавливая педаль газа больше, чем на один сантиметр. То есть, как-то перемещаться внутри автомобиля, а не толкать его снаружи, уперевшись руками в багажник.

На а что насчёт циклов Миллера или Аткинсона, которые часто вспоминают как спасительную таблетку, позволяющую лить 92-й бензин в любой мотор? Да ничего! Эти циклы используются исключительно на холостых оборотах и никогда – в других режимах. И, следовательно, в них никогда не используется топливное обогащение – в этих циклах смесь обеднённая или стехиометрическая. Поэтому всё, что сказано выше, в полной мере относится и к тем моторам, которые работают по циклу Миллера или Аткинсона. Как только водитель нажимает на газ, двигатель в любом случае перейдёт на цикл Отто.

На более высокооктановом бензине проблем будет намного меньше, потому что в основном китайские моторы не так плохи, как о них часто думают. Но со своими особенностями, вызванными экологическими требованиями и желанием завоевать все рынки мира любой ценой. И самое загадочно-любопытное заключается в том, что потихоньку они с последней задачей начинают справляться.