6.2. Очистители впускных клапанов

Назначение – обеспечить чистоту впускных клапанов двигате­лей с непосредственным впрыском бензина**. Небходимость в присадках данного типа возникла в середине 1980-х годов в США, а затем и в других странах, где было начато массовое производство современных двигателей с непосредственным впрыском, в которых предусматривалась рециркуляция отрабо­тавших газов. Этот прием позволяет снизить выбросы продуктов неполного сгорания топлив в атмосферу, но ставит работу впускной системы в очень жесткие условия. На впусных клапа­нах развиваются высокие температуры, при которых разлагаются нестабильные компоненты топлив, масел, подтекающих по на­правляющим клапанов, а также присадок к маслам и топливам, термостабильность которых оказывается недостаточной. В част­ности, моющие присадки, вводившиеся в бензин для очистки карбюратора, также разлагаются и сами являются причиной повышенного образования отложений.

Новые моющие присадки стали жизненно необходимы, по­скольку через несколько тысяч километров пробега автомобиля его характеристики резко ухудшались: наблюдался перерасход бензина до 7%, содержание оксида углерода в ОГ увеличивается.

Термин “очистители впускных клапанов” не слишком строг, так как эти присадки столь же эффективно отмывают и карбюратор.

Речь идет о двигателях с распределенным впрыском бензина на клапана. Другие системы впрыска (во впускной трубопровод и непосредственно в ци­линдры) на практике используются мало.

risunok 56

Эффективные присадки были найдены среди термостабиль­ных полимеров с полярными функциональными группами – полибутенаминов и полиэфираминов. Использование этих присадок позволило существенно уменьшить количество отло­жений во впускной системе и на впускных клапанах (рис. 56) [98]. Благодаря этому стало возможным резко снизить токсич­ность О Г. На рис. 57 [99] представлены рост эмиссии оксида углерода, углеводородов и оксидов азота при длительном про­беге автомобиля и влияние присадки на изменение этих пока­зателей. Имеются данные, позволяющие сравнить действие аминоамидных присадок (очистителей карбюратора) и приса­док нового типа – очистителей впускной системы (рис. 58).

Рабочие концентрации очистителей впускной системы в несколько раз выше, чем очистителей карбюратора, и состав­ляют от 0,03 до 0,1%. Максимально рекомендуемая концентра­ция – 0,3%.

Принцип действия присадок этого типа такой же, как и очистителей карбюратора. Однако от присадки требуется более высокая термическая стабильность, позволяющая сохранить моющие свойства в жестких условиях работы системы впрыска в двигателях с рециркуляцией ОГ.

Показатели эффективности определяются путем стендовых испытаний на полноразмерных двигателях или их отсеках. В АО НАМИ-ХИМ разработана методика испытаний на установ-

Risunok 59

ке НАМИ-1 с одноцилиндровым отсеком двигателя ЗИЛ-130, описанная на с. 118. В процессе испытаний определяют количе­ство отложений, образующееся на впускных клапанах. Счита­ется, что введение присадки должно снизить интенсивность обра­зования отложений в условиях испытаний не менее чем в два раза. Условия испытаний и принятая норма – временные и будут уточнены после накопления достаточною количества данных.

Ассортимент. Отечественных очистителей впускных клапанов нет. В России к применению допущены четыре присадки зару­бежных фирм: Lubrizol-8285 (“Lubrizol”, США), Keropur-3222 (“BASF”, ФРГ), Hitec-4449 (“Ethyl Coip”., США) и SAP-9500 (“Shell”, США). Все они представляют собой растворы полибу- тенаминов в нефтяном (или в смеси нефтяного с синтетиче­ским) масле.

Keropur-3222 – раствор активного компонента в смеси неф­тяного и синтетического масел. Активный компонент – так называемая присадка Keropur-3253 – по сведениям фирмы представляет собой смесь термостабильных аминов, амидов и эфиров полигликолей. Усредненные характеристики присадок Keropur-3253 и Keropur-3222 приведены ниже:

Tablica 8

Применение присадки в составе автобензина обеспечивает снижение концентрации в отработавших газах: СО – в среднем на 15%, углеводородов и оксидов азота – на 10%. Влияние моющих присадок на содержание СО и углеводородов в ОГ вопросов не вызывает. Что касается оксидов азота, то необхо­димы пояснения. Имеется несколько предположений. Наибо­лее распространено следующее. Отложения на впускных кла­панах очень объемисты. Их толщина достигает 2 мм. Из-за этого доступ воздуха в камеру сгорания затруднен, и коэффи­циент избытка воздуха а ниже требуемого. Уменьшение а, как известно, приводит к более интенсивному образованию NOx. Присадка, удаляя загрязнения, восстанавливает а до оптималь­ных значений.

Lubrizol-8285 в качестве активного вещества также содержит полибутенамины в растворе нефтяного масла. Благодаря отсут­ствию синтетических компонентов стоимость присадки сравни­тельно невысока.

SAP-9500 и Hitec-4449 являются аналогами упомянутых вы­ше присадок. Их типичные физико-химические характеристи­ки:

SAP

Ниже представлены результаты испытаний присадок квали­фикационным методом на установке НАМИ-1 в составе эколо­гически улучшенного бензина АИ-95 Московского НПЗ (АО НАМИ-ХИМ, А.И.Меленчук, В.В.Соколов). Оценивались чис­тота карбюратора в баллах (10 баллов – чистый), скорость обра­зования отложений на впускном клапане и в камере сгорания. Для сравнения приведены результаты испытаний присадки Автомаг как очистителя карбюратора. Аналогичные Автомагу результаты получены и с зарубежными присадками, предназна­ченными только для очистки карбюратора. Следует отметить, что все присадки несколько увеличивают количество отложений і камере сгорания:

Hitec

Фирма “Аспект” выпускает препарат Аспект-очиститель кла­панов (ТУ 0254-009-00252288-94) на базе импортного сырья в виде раствора моющей присадки, аналогичного Аспекту- модификатору автобензина. Требования к этому препарату представлены ниже:

Tabl

Ограничения и недостатки. Присадки рассматриваемого типа малоэффективны в камере сгорания. Для последнего случая разработаны специальные присадки, которые мы здесь не при­водим, так как в России они применения пока не находят.

Токсичность. При подборе новых присадок следует об­ращать внимание на содержание в них хлора – источника диоксинов (см. с. 24). Концентрация хлора в присадке зависит от способа ее получения. Существуют две основные технологии производства полибутенаминов. В одной из них, более дешевой, в качестве промежуточного используется хлорированный поли- изобутилен,и содержание остаточного хлора в присадке может достигать 150 млн-1 (иногда – 250 млн-1). Содержание хлора в присадке, получаемой бесхлорным методом, не должно превы­шать 5 млн-1.

Экономика. Введение моющих присадок в бензин увеличивает его стоимость на 1-3%. Это небольшая величина, поскольку цена бензина на различных АЗС в одном и том же городе ко­леблется в больших пределах. Кроме того, затраты водителя окупаются комфортностью вождения. В принципе, ис­пользование присадок позволяет также экономить топливо, но на практике расход топлива зависит от многих условий, по­этому непосредственной экономии может и не быть.

В литературе [100] опубликован расчет снижения эксплуата­ционных издержек у потребителя (ФРГ). Согласно приведенным данным, ежегодно 8% автомобилей ФРГ (2,5 млн) нуждаются в ремонте и замене запчастей из-за нагарообразования. Эти затра­ты оцениваются в 530 DM на автомобиль. Утверждается также, что присадки позволяют экономить около 4% топлива. При го­довом пробеге 12 тыс. км в год и расходе бензина 10 л/100 км экономия составляет 80 DM. Таким образом, для автомобилей, потребовавших ремонта, не использующих присадки, готовые затраты составят 610 DM/год. Для остальных автомобилей – 80 DM/год. Отсюда утверждается, что с учетом экономии бензина и отменой необходимости ремонта части автомобилей экономия в масштабах ФРГ составит 3,75 млн DM/год.

Этот расчет можно продолжить. При указанном выше пробе­ге автомобиль расходует 1200 л (около 900 кг) бензина по цене 1,6 DM/л. Затраты на бензин составят 1920 DM. При макси­мальной рекомендуемой концентрации 0,3% расход присадок типа Keropur составит не более 2,7 кг. При цене до 10 DM/кг затраты на присадку составят до 27 DM/год. Нами взяты макси­мальные цифры, в действительности затраты на присадку в несколько раз меньше.

Имеется также расчет, основанный на упрощении обслужи­вания автомобилей и некоторой экономии топлива во время сезонного применения присадки Найк (прототипа Афена) на автомобилях типа “Жигули” и “Волга” [101]. Под сезонным применением понимается использование присадки в период интенсивного обледенения карбюратора – с 1 октября по 1 апреля, когда могут быть использованы антиобледенительные свойства, присущие всем моющим присадкам. Для расчета предложена формула

Э = КЗС + (Ис1 + Ис2)/Ун – (Зс – Зн),

где Э – экономический эффект на одну тонну бензина, Ун – расход бензина на пробег, а другие обозначения и их величины отдельно для автомобилей “Жигули” и “Волга” представлены ниже:

Pokazateli

Используя данные, взятые из таблицы, по предложенной выше фомулс можно рассчитать экономический эффект от применения присадки. Точный расчет требует коррекгировки цен на текущий момент. Так как эти цены постоянно меняют­ся, полезно будет заметить, что экономический эффект от вве­дения присадок в бензин составляет 5-8% от-его себестоимости.

Пользуясь методикой, приведенной в разд.4, можно рассчи­тать народнохозяйственный эффект от снижения ущерба при уменьшении выбросов СО, достигаемом благодаря моющей присадке. Предоставляем читателю при желании выполнить этот расчет самостоятельно.

В заключение следует привести результаты расчета эконо­мического эффекта от применения экологически улучшенного автомобильною бензина производства ОАО “Московский НПЗ” [74J. Эффект складывается от снижения содержания в топливе ссры и бензола, вовлечения в него МТБЭ (см. с. ООО) и введения моющей присадки. Показатели свидетельствуют о том, что использование присадки в данном топливе обеспечи­вает почти половину экономического эффекта при минималь­ных затратах на производство:

Ekonomika