PALIWA

Każdy z nas, próbując uzyskać coraz lepsze wyniki w sportach motorowych chwyta się różnych metod. Tam, gdzie jest to dopuszczalne, używa się swapów silników, instaluje wielkie turbiny i nitro (wyścigi na 1/4 mili). Z kolei w rajdach inwestycje skupiają się na optymalizacji silnika i poprawie jego sprawności (z racji szeregu ograniczeń konstrukcyjnych). Temat sprawności spalania silnika poruszany jest często. Niestety, temat traktujący o tym, co właściwie mamy tak sprawnie w tym silniku spalać poruszany jest bardzo rzadko. Być może nie starcza wiedzy - możliwe też, że paliwa są uważane za tajną broń. Pomówmy więc tym razem o czymś tabu - o paliwach.

O tym, co w baku piszczy pisze się rzadko. Czasami słychać ciche podszepty - ten jedzie na Elfie! - ale właściwie nie wiadomo dlaczego jedne paliwa mają być lepsze od innych i na co właściwie należy zwrócić uwagę, dobierając mieszankę, na której pojedzie samochód. Amatorzy wyścigów na 1/4 mili dolewają różne "octane boostery" i inne dodatki, kupują droższe paliwo na stacji benzynowej lub za duże pieniądze kupują "sportowe" paliwo. Ceny tych benzyn potrafią spowodować zawrót głowy. Ale niestety niekoniecznie paliwo o specjalnych parametrach może efektywnie wytworzyć moc w naszym silniku. Niekiedy są to dosłownie utopione w paliwie pieniądze, które nie poprawią naszych wyników. Jednak dobrze dopasowane paliwo może poprawić osiągi, zwiększyć margines bezpieczeństwa silnika przy pełnym obciążeniu i otworzyć przed nami nowe horyzonty tuningu - ułatwić naprawdę poważne i ekstremalne wysilanie silników.

Tak naprawdę silnik musi zostać dopasowany do paliwa, a jednocześnie paliwo musi być dopasowane do rodzaju i zaplanowanego stopnia modyfikacji silnika. Te rzeczy idą ze sobą w parze i każdy poważny kierowca czy tuner powinien spojrzeć na to zagadnienie całościowo. Proszę nie powielać błędów naszej władzy, która najpierw dodaje biododatki do paliw, a potem zamierza sprawdzać, cyz aby nie szkodzą. My musimy przewidzieć wszystko. Zacznijmy więc przechodzić do konkretów: dlatego, że temat paliw do silników wysokoprężnych jest bardzo skomplikowany, a wyścigi diesli nie stanowią jeszcze znaczącego procentu całości, zaczniemy od paliw do silników benzynowych. Ponieważ ujęcie tematu w sposób całkowicie fachowy mógłby szanownych czytelników przyprawić o zaśnięcie, pozwolę sobie na pewne obrazowe uproszczenia (mam nadzieję, że czytelnicy chemicy nie "zejdą" z kolei na zawał).

Po pierwsze ważne jest, aby zastanowić się nad liczbą oktanową paliwa. Zgodnie z definicją liczba oktanowa to wyznaczana w warunkach laboratoryjnego testu w oparciu o wzorcowy silnik wartość, określająca własności przeciwdetonacyjne paliw lekkich. W tej definicji nie ma ani słowa o mocy silnika - stąd też przekonanie, że paliwo o większej liczbie oktanowej daje większą moc jest z zasady błędne. Co więcej - większość dodatków przeciwdetonacyjnych (a więc podnoszących liczbę oktanową) spalając się dostarcza mniej energii niż typowa lekka benzyna. Niestety wraz z wzrostem liczby oktanowej paliw moc wytwarzana z nich spada - chyba że system sterowania silnika potrafi "wykryć" fakt, że paliwo ma więcej oktan i przyspieszy zapłon, podnosząc sprawność silnika, a co za tym idzie - moc. Ogólnie paliwa o wyższej liczbie oktanowej znajdują zastosowanie w silnikach, w których przeróbki mogą prowokować spalanie detonacyjne - silnikach o wysokiej kompresji, turbodoładowanych, z nitro. Silniki niewysilone powinny raczej być zasilane paliwem o niższej, dopasowanej do nich liczbie oktan. Inaczej efekt może być odwrotny do zamierzonego - i to zarówno w mocy jak i w portfelu. Jeżeli Twoje auto nie spala detonacyjnie na paliwie o liczbie oktanowej 95 - to raczej paliwa 98 nie dadzą ci nic. Osobną kwestią jest na ile skuteczne są oferowane na stacjach benzynowych dodatki do paliw - przy zastosowaniu w motosporcie zwykle nie należy spodziewać się po nich efektów innych niż psychologiczne. Dodatki takie są przeznaczone do czyszczenia układów wtryskowych czy nieznacznego podnoszenia liczby oktanowej paliw i jako takie nie są adresowane do wyczynu - nawet w rozumieniu amatorskim.

Brnąc w temat dalej należy napisać, że paliwa silników spalinowych (tu z pewnym uproszczeniem) podzielić można na mieszanki benzynowe, paliwa syntetyczne i paliwa pośrednie - czyli benzyny wzbogacane syntetycznymi węglowodorami i innymi substancjami mającymi na celu wywołanie konkretnych zmian. Benzyny mają szeroki wachlarz związków chemicznych w składzie. Paliwa syntetyczne składają się tylko z kilku składników, czystych chemicznie, o konkretnym zastosowaniu. Niekoniecznie są to typowe "czyste" węglowodory - paliwem mogą być alkohole czy ketony. Pośrednie rozwiązania to benzyny o znacznych domieszkach dodatków poprawiających ich szeroko rozumiane możliwości w sporcie, a nie będących innymi rodzajami benzyn lub lekkich eterów naftowych. Paliwa syntetyczne mają najczęściej kiepskie właściwości smarne - mówimy o nich, że są suche. Oczywiście producenci paliw dbają o uwzględnianie w nich dodatków niwelujących brak właściwości smarnych takich, jak w zwykłej benzynie.

Ilość energii możliwej do odzyskania z jednostki objętości paliwa nie jest specjalnie wyznacznikiem jej parametrów. Niekiedy paliwa o dużej zawartości tlenu dają wyraźnie mniej energii z jednostki objętości, niż zwykłe benzyny - po prostu przy zastosowaniu takiego paliwa należy przyjąć inną wartość stechiometryczną mieszanki paliwowo-powietrznej - optymalnej ilości paliwa i powietrza. Dlatego trzeba wtrysnąć więcej paliwa - i wtedy magia zadziała. Ta cecha mieszanki jest podawana przez jej producenta. Gdy taka sytuacja zachodzi (a zachodzi dla totalnej większości "sportowych" paliw) - musimy albo zwiększyć czasy otwarcia wtryskiwaczy, albo podnieść ciśnienie paliwa, bądź wreszcie zmienić wtryski na nowe, o większej średnicy (a co za tym idzie - przepływie).

Cóż to takiego ten tlen w paliwie? Czy działa to podobnie jak nitro? Można tak przyjąć. Dodawanie do paliwa substancji zawierających masowo dużo tlenu (np. nitrometan - 53% tlenu, eter tert-butylometylowy MTBE - 18% tlenu) pogarsza ilość energii możliwej do wytworzenia przypadającej na jednostkę masy paliwa, ale poprawia efektywność spalania. Wtryskując stosownie więcej paliwa zawierającego wymienione czy inne "tlenowe" dodatki można uzyskać zwiększenie mocy silnika. Tlen dostarczony wraz z paliwem pomoże w spaleniu większej jego ilości i co prawda zużycie nowego rodzaju paliwa będzie wyraźnie większe niż typowej benzyny, jednak trochę świeżych koni mechanicznych pociągnie auto do przodu. Zresztą nie jest to technika obca rafineriom: w zimie drugi z wymienionych dodatków (MTBE) jest w wielu krajach dodawany do paliw przez rafinerie w celu poprawy parametrów paliwa w niskich temperaturach. Jednak o ile etery są mało groźne, o tyle nitrometan jest po prostu żrący dla naszych silników i nie może być stosowany bez związanych z tym konsekwencji. Jednak lista substancji mogących go lepiej lub gorzej zastąpić jest długa. Większość sportowych paliw zawiera tlen (może z wyjątkiem paliw adresowanych wyłącznie do jazdy z nitro).

Inne ciekawe składniki paliw sportowych to lekkie etery, węglowodory aromatyczne, alkohole i ketony. O ile te pierwsze stosowane bywają w silnikach w modelach, to raczej ciężko zapanować nad nimi w dużych silnikach spalinowych. Parują łatwo i równie łatwo wybuchają. Paliwa z ich dużą zawartością są niestabilne i nietrwałe. Jednak w niewielkich ilościach są stosowane w niektórych mieszankach. Z kolei ketony na pierwszy rzut oka wydają się być przykładem wzorowych paliw do sportu - dostarczają tlenu, mają wysoką liczbę oktanową (porównywalną z metanolem, o czym za chwilę) i stosunkowo przyzwoitą wartość opałową. Typowym przykładem może być aceton. Jego dodatek w paliwie sportowym ułatwia rozruch wysilonego silnika, a duże ciepło parowania obniża temperaturę mieszanki i zwiększa jej gęstość. Alkohole (głównie metanol i etanol - ten drugi to nasz ukochany bio-dodatek) dodawane są w celu podniesienia liczby oktanowej. Również dostarczają tlenu. Wadami ich są: kiepskie mieszanie z benzynami. Jednak doskonale chłodzą mieszankę parując, stąd są polecanym dodatkiem w silnikach turbo.

Tyle teorii. W podsumowaniu spójrzmy teraz na paliwa od strony praktycznej. Jakie cechy powinno mieć paliwo "sportowe" w zależności od rodzaju silnika?

- jeżeli silnik jest wolnossący, to nie mając wymuszonego napełniania chętnie przyjmuje dodatkowy tlen w paliwie. Należy zastosować paliwa o umiarkowanej liczbie oktanowej, dostosowanej do stopnia kompresji, zawierające dużo tlenu i dodatków schładzających mieszankę. Warto pamiętać o tym, że stosowanie silnych utleniaczy może powodować zużycie silnika podobne do trawienia kwasem - np. nitrometan.

- jeżeli nasz silnik jest turbodoładowany, to paliwo musi mieć znacznie podwyższoną liczbę oktanową. Dodatki "tlenowe" nie są już tak ważne, natomiast dominującą rolę zaczynają odgrywać składniki poprawiające gęstość mieszanki przez jej schłodzenie.

- jeżeli silnik jest zasilany dodatkowo podtlenkiem azotu (nitro) - paliwo powinno mieć naprawdę wysoką liczbę oktanową. Na brak tlenu w takiej mieszance naprawdę nie ma co narzekać. Jednak obniżanie temperatury mieszanki oraz zmniejszanie ryzyka spalania detonacyjnego powinno być na pierwszym planie przy wyborze paliwa. Jeżeli jednocześnie silnik kręci się do bardzo wysokich obrotów, paliwo powinno zawierać dużo dodatków smarujących.

Źródło: Tomasz Pirowski, V-tech, "Paliwa"
AUTO TUNING ŚWIAT nr 12 , grudzień 2003, str. 57-58