Сегодня трудно представить автомобильную заправку без бензина и дизельного топлива. Но в XIX веке ситуация была совершенно иной: бензин нефтеперерабатывающим предприятиям скорее мешал, чем помогал. Основным продуктом считался керосин — его заливали в лампы, использовали для приготовления пищи и покупали в лавках практически как обычный бытовой товар.
Бензин, который получали в числе первых лёгких фракций при перегонке нефти, долгое время оставался практически невостребованным. Из-за высокой пожароопасности его не хотели хранить в больших количествах, а пригодных способов применения почти не существовало. Излишки могли сжигать в специальных ямах или даже сбрасывать в реки. Небольшая часть продукта продавалась через аптеки: его применяли для обработки ран и удаления пятен с одежды.
Однако всего за несколько десятилетий положение изменилось радикально. Электрическое освещение практически уничтожило прежнюю роль керосиновых ламп, а быстрое распространение автомобилей превратило бензин в ценнейшее топливо. Сам керосин нашёл другое применение — в авиации и отоплении. Попытки заставить его работать в поршневых автомобильных двигателях предпринимались неоднократно, но массовым автомобильным топливом он так и не стал.
Бензиновый двигатель слишком требователен к керосину
Главная проблема заключается в самом принципе работы бензинового двигателя. В цилиндре воспламеняется не жидкое топливо как таковое, а его пары, смешанные с воздухом. Бензин подходит для этого практически идеально: он легко испаряется и даже при низкой температуре достаточно быстро образует горючую смесь.
У керосина характеристики совершенно другие. Его температура кипения находится примерно в диапазоне от 150 до 250 градусов, поэтому в холодном цилиндре он испаряется значительно хуже. Вместо полноценной топливовоздушной смеси часть керосина остаётся жидкостью и оседает на стенках.
Результат предсказуем: свеча не может нормально воспламенить такую смесь. На электродах появляется маслянистый налёт, двигатель начинает работать с перебоями и в итоге глохнет. Не сгоревшее топливо при этом стекает по стенкам цилиндров и смывает с них масляную плёнку. Возникает сухое трение, способное быстро привести к серьёзному износу двигателя.
Есть и вторая проблема — склонность топлива к воспламенению от сжатия. Именно устойчивость к такому самоподжигу характеризуется октановым числом. Современные бензиновые моторы используют высокую степень сжатия — 11, 12, а иногда и 13 единиц. Чем сильнее сжимается смесь, тем выше потенциальные мощность и экономичность двигателя.
Керосин в подобных условиях может воспламениться раньше момента, заданного системой зажигания. Возникает детонация: двигатель начинает работать жёстко, перегреваться, а ударные нагрузки постепенно повреждают его детали.
Чтобы двигатель мог нормально использовать керосин, степень сжатия приходится существенно уменьшать. Но вместе с ней падают и мощность, и экономичность. Поэтому керосиновые двигатели, которые всё-таки создавали, обычно отличались невысокой отдачей и большим расходом топлива.
Особенно плохо эта особенность сочетается с режимом эксплуатации обычного автомобиля. Легковушка постоянно меняет нагрузку: утром ей требуется холодный запуск, затем короткая поездка, остановка на светофоре, ускорение и снова торможение. Керосиновому мотору, напротив, нужны другие условия:
- стабильная рабочая температура;
- относительно равномерная нагрузка;
- длительная непрерывная работа.
Именно поэтому трактор оказался гораздо более подходящим носителем такой силовой установки, чем городской автомобиль.
Почему тракторы смогли работать на керосине
Хороший пример — гусеничный «Сталинец», использовавший лигроин, то есть тяжёлое топливо, близкое по свойствам к керосину. Его степень сжатия составляла всего 3,96. Для запуска и последующей работы конструкция предусматривала два топливных бака.
Большой вмещал 390 литров основного дешёвого топлива, а маленький имел объём всего 16 литров и предназначался для бензина. Запуск выполнялся исключительно на бензине. После этого двигатель необходимо было прогреть до рабочей температуры и лишь затем перевести на основное топливо.
Инструкция прямо требовала не подавать керосин или лигроин, пока температура двигателя не достигнет 90 градусов. Холодный мотор на таком топливе нормально работать не мог, зато после прогрева спокойно выдерживал длительную работу под нагрузкой.
Похожая история была у Fordson Генри Форда. Этот трактор во многом использовал те же компоненты, что и легковой Ford T. Двигатель развивал те же 20 л.с., однако условия эксплуатации полностью меняли требования к топливу: в поле трактор мог работать на керосине, тогда как дорожная машина нуждалась в бензине.
Советский СХТЗ 15/30 уже развивал 31,5 л.с., но его рабочая скорость оставалась очень небольшой — от 3,5 до 7,5 км/ч. Всего таких тракторов выпустили почти 400 тысяч.
Для подобных машин керосиновый двигатель был вполне приемлемым. Трактор часами двигался с постоянной скоростью, практически не менял нагрузку и не останавливался на каждом перекрёстке. Мотор успевал прогреться и сохранял рабочую температуру.
Дешёвое топливо как государственная задача
В 1930-е годы в Советском Союзе перевод техники на тяжёлое топливо стал уже не просто техническим вопросом, а государственной задачей.
Причина была вполне прагматичной. При переработке нефти вместе с бензином получались керосин и газойль, однако спрос на некоторые из этих продуктов быстро сокращался. Электрическое освещение вытесняло керосиновые лампы, и на складах накапливались большие объёмы невостребованного топлива.
При этом производство тяжёлого топлива обходилось примерно в четыре раза дешевле бензина. Экономический смысл был очевиден: вместо того чтобы искать новый рынок для избытка продукта, можно было адаптировать к нему технику.
Одной из наиболее интересных попыток стал первый отечественный автомобильный дизель «Коджу». Его название составили из партийного прозвища Сталина и его настоящей фамилии.
Это был шестицилиндровый двигатель объёмом 10 литров и мощностью 87 л.с., который установили на пятитонный ярославский грузовик. Во время пробега Москва — Тифлис — Москва автомобили с этим мотором шли наравне с зарубежными машинами. Отдельно отмечалась способность двигателя запускаться на холоде.
До массового производства дело, однако, не дошло. Предприятие, на котором собирались выпускать двигатель, переориентировали на производство авиационных моторов.
В итоге место дешёвого тяжёлого топлива в автомобильном транспорте заняло не керосин, а дизельное топливо. Солярка оказалась лучше приспособлена к работе в дизелях: она гуще, обладает более выраженными смазывающими свойствами и легче воспламеняется от сжатия.
Что произойдёт, если залить керосин в современный дизель
С дизельным двигателем ситуация интереснее. Если залить керосин в современный дизель, двигатель, скорее всего, некоторое время сможет на нём работать. Но для современной топливной аппаратуры такой эксперимент крайне нежелателен.
Здесь важен показатель, обратный бензиновому октановому числу, — цетановое число. Оно показывает, насколько охотно топливо воспламеняется под воздействием давления. У керосина этот показатель находится примерно на уровне 35–40 единиц, тогда как для дизельного топлива норма начинается с 51.
Чем ниже цетановое число, тем дольше проходит время между впрыском топлива и его воспламенением. Из-за этого работа двигателя становится более жёсткой.
Но проблема не только в горении. Дизельное топливо одновременно служит смазочным материалом для элементов топливной системы — в частности, топливного насоса высокого давления и форсунок. Керосин значительно суше и способен смывать защитную плёнку с деталей.
В старых дизельных двигателях с большими рабочими зазорами подобное обращение с топливом могло оставаться почти без последствий годами. Современная аппаратура с микронными допусками гораздо чувствительнее.
Именно поэтому водители, которые раньше разбавляли зимнюю солярку керосином, нередко добавляли в бак небольшое количество масла. Без дополнительной смазки ресурс топливного насоса мог резко сократиться.
Газовая турбина едва не дала керосину второй шанс
Если поршневой двигатель слишком требователен к характеристикам топлива, можно было попробовать изменить саму силовую установку. Газовой турбине, например, не приходится иметь дело с процессом воспламенения смеси в цилиндре: топливо горит непрерывно.
В 1963 году Chrysler построила 55 экспериментальных автомобилей с газотурбинными двигателями. Кузова для них вручную изготовили в Италии, а 50 машин передали обычным американцам, которых отобрали из примерно 30 тысяч заявок.
Перечень подходящего топлива выглядел необычно широко. Машины могли использовать:
- дизельное топливо;
- осветительный и авиационный керосин;
- неэтилированный бензин независимо от его октанового числа.
При этом сами инженеры считали керосин оптимальным вариантом.
Для демонстрации возможностей машины компания даже заправляла их весьма экзотическими жидкостями — арахисовым маслом, текилой и духами. Зато этилированный бензин, который в то время использовали 98% американских автомобилей, газовой турбине противопоказан.
Эксперимент выявил и серьёзные недостатки. В городском режиме расход составлял около 30 л на 100 км, а после нажатия педали газа двигатель реагировал с задержкой почти в две секунды.
Программа продолжалась до 1967 года, после чего экспериментальные автомобили решили уничтожить. Баки пробивали, кузова сжигали, оставшиеся конструкции отправляли под пресс. Chrysler опасалась, что сохранившаяся машина попадёт к перекупщикам, те заменят газовую турбину на обычный двигатель, а репутация проекта пострадает.
Из 55 автомобилей до наших дней дожили только девять.
Почему газовая турбина не победила дизель
В конце 1970-х годов газовые турбины попробовали использовать и на седельных тягачах Mack. По некоторым параметрам технология выглядела весьма многообещающе.
Турбинная силовая установка весила около 800 кг, тогда как дизель сопоставимой мощности — почти 1,5 тонны. Расход топлива в пересчёте на тонну перевозимого груза был на 9% ниже.
Водителям такая техника нравилась. Турбина практически не вибрировала, тихо работала на холостом ходу, обеспечивала плавную тягу без рывков и хорошо тормозила двигателем на спусках.
Однако у газовой турбины обнаружился принципиальный недостаток: наиболее эффективной она была при работе на полной мощности. Для грузового транспорта это серьёзная проблема, поскольку законодательные ограничения часто не позволяют полностью использовать грузоподъёмность автомобиля ради защиты дорог.
При половинной загрузке преимущество исчезало, и дизель вновь становился экономичнее. Дополнительными минусами были горячий выхлоп и высокий уровень шума при работе на максимальной мощности.
В 1980-е годы появились новые поколения дизельных двигателей, которые ещё сильнее сократили технологический разрыв. Проект газотурбинных грузовиков в итоге закрыли.
Керосин окончательно проиграл битву за наземный транспорт — хотя полностью из автомобильной сферы он всё-таки не исчез.
Керосин всё ещё есть в дизельном топливе
В сильные морозы керосин фактически возвращается в автомобильные баки, хотя на топливной колонке он называется уже иначе.
Арктическое дизельное топливо по своей основе представляет собой тяжёлый вариант керосина. Керосиновые фракции используют как базу, затем в состав вводят присадки, улучшающие воспламеняемость, а также добавляют минеральное моторное масло, необходимое для смазывания топливной аппаратуры.
То, что раньше автомобилисты могли самостоятельно смешивать в бочке при подготовке техники к морозам, теперь производится промышленным способом.
Экономии, правда, такой подход не даёт. Средняя цена дизельного топлива составляет 88,48 руб. за литр против 78,58 руб. за литр у АИ-95, а арктическая разновидность стоит ещё дороже.
Получается парадоксальная история. Керосин не стал массовым топливом для легковых автомобилей, потому что поршневые двигатели оказались слишком требовательными к его свойствам. Но и полностью из мира машин он не исчез.
Просто вместо отдельной канистры с керосином сегодня используется технологически подготовленное дизельное топливо, в котором его свойства уже адаптированы под современный двигатель.