8.2. Противоизносные присадки

Назначение. Когда говорят о противоизносных присадках к топливам, то имеют в виду одну из двух проблем:

  1. Износ седел клапанов в двигателях, работающих на неэтилированном бензине. При переходе на бензины, не содержащие свинца, оказалось, что свинецсодержащие добавки не только повышают ОЧ бензинов, но и предотврашают износ седел кла­ панов, изготовленных из мягкой стали, которые устанавли­ вались на двигателях старых моделей. Износ клапанов приво­ дит к уменьшению компрессии в цилиндре и соответственно – потере мощности, перерасходу топлива, повышению токсич­ ности ОГ. Проблема оказалась настолько острой, что в некото­ рых странах не стали спешить с отказом от этилированньих бензинов. Известно, напримср, что в Великобритании лимити­ руется нижний предел содержания свинца в бензине при ис­ пользовании ею в старых автомобилях. Однако в новых двига­ телях проблема износа не стоит, поэтому противоизносньие присадки для них не требуются. Это направление можно счи­тать неперспективным. За рубежом потребителю предлагаются специальные       присадки     этого назначения,     например  Shield фирмы Lubrizol, но в России такие присадюi не приме­ нялись и не исследовались. Мы их не рассматриваем.
  1. Износ деталей топливной аппаратуры малосернистых ди­зельных топлив. Это стало актуальным в связи с резким снижением концентрации серы. Многие сернистые соединения, со­держащиеся    в    топливах,     преимущественно    сульфиды, характеризуются довольно высокими противоиз­носными свойствами. Считается, что при снижении концент­рации серы в дизельном топливе до 0,05% и менее требуется применение противоизносных присадок.

При увеличении зазора в сопряжении плунжер-втулка потери дизельного топлива из-за утечек достигают при нормальных числах оборотов 35%, а при пуске двигателя – вдвое большей величины [118]. При износе форсунок уменьшается давление впрыска и изменяется геометрия впрыскиваемой струи.

Рабочие концентрации противоизносных присадок невелики и составляют тысячные и сотые доли процента.

Так как проблема противоизносных свойств дизельных топ­лив возникла сравнительно недавно, она исследована с недо­статочной полнотой. Однако в лабораторной и эксплуатацион­ной практике накоплено мною материала по противоизносным свойствам гидроочищенных реактивных топлив, который   с учетом некоторых конструкционных особенностей дизелей и условий их работы может быть взят за основу новых разрабо­ток. Могут быть использованы теоретические подходы, исследовательские методы и принципы создания композиций приса­док.

Принцип действия противоизносньих присадок заключается в образовании прочной пленки на залищаемой поверхности. Пленка состоит из продуктов механохимических превращений присадки  на поверхности металла. Способ ее формирования зависит от режима трения. При жидкостном режиме вполне достаточно эффективной адсорбции (физическая адсорбция, хемосорбция) присадки, улучшающей смазываюшие свойства топлива. В режиме граничного трения слой смазывающей жид­кости между трущимися парами постоянно нарушается, и воз­никает угроза схватывания трущихся поверхностей. При мик­росхватываниях обнажается так называемая ювенилыная по­верхность, обладающая высокой свободной энергией и соот­ветственно – каталитической активностью. На этой поверх­ности смазывающий материал претерпевает существенные хи­мические изменения, и образуется слой принципиально нового вещества, состоящего из продуктов превращения топлива, присадки и металла трущейся пары, обладающий высокой механи­ческой стойкостью, а при истирании постоянно возобновляю­щийся. В этом случае наиболее эффективны присадки, содер­жащие активные полярные группы.

Показатели эффективности —   коэффициент трения, средний диаметр пятен износа и критическая нагрузка до заедания (при которой происходит схватывание пар трения), определяемые на лабораторных   машинах трения различной конструкции. Кроме того, могут проводиться дллительные стендовые испыта­ния на натурных узлах (например, насосах) и непосредственно двигателях. При этом могут определяться другие показатели, например весовой износ деталей и пр. Квалификационный метод оценки противоизносных свойств реактивных топлив, принятый в России, заключается в проведении испытаний на машине трения с узлом скольжения (плоский вращающийся диск по трем шарикам) в течение 30 мин при 60 °С и осевой нагрузке 100 Н. В результате подсчитывают показатель проти­ воизносных свойств по формуле:

formula

В качестве эталона используют н-пентадекан, у которого в условиях испытаний Р составляет 245   а €1 —   0,31 мм.

Существует также радиоиндикаторный метод, позволяющий изучать динамику износа в процессе испытания. Он заключает-

73

ся в том, что пару трения помечают радиоактивной меткой (наведенной радиацией или вставкой проволоки из радиоак­тивного изотопа, например Со60). При истирании помеченной пары радиоактивные продукты износа попадают в масло, от которого отбираются пробы для замера уровня радиации. Эти методы были разработаны в Ленинградском институте водного транспорта (ныне Государственный университет водных ком­муникаций — ГУВК) и Элекгрогорском институге нефтеперера­ботки (ЭлИИП), но сейчас не используются.

Ассортимент. Отечественных присадок, допущенных к при­менению в автомобильных топливах, нет. реактивные топлива вводится присадка К — нафтеновые кислоты, выделяемые из нефтей месторождений Баку. По всей видимости, они могут использоваться и в дизельных топливах. В связи с дефицитом этих нефтей в 1970—1980-е годы проводились работы по созда­нию присадки на базе синтетических нафтеновых кислот, но к особым успехам они не привели. В настоящее время к приме­нению допущены импортные присадки: Нiес-58б   (для реак­тивных топлив) и Рага’Iiпе-665 (для дизельных топлив).

Присадка К представляет собой смесь моно- и бицикличе­ских нафтеновых кислот, выделяемых из бакинских нефтей. В качестве примеси эти присадки содержат до 5% ароматических и до 20% жирных кислот. На рис. 73 представлено влияние присадки К на противоизносные свойства топлива Т-7 [119]. Испытания присадки К проведены также в вибрационном три­бометре КУ фирмы “ОрЁiiлоi” на дизельном топливе с содер­жанием серы 0,02 и 0,05% [120]. Из представленных ниже ре­зультатов, в частности, видно, насколько ухудшаются противо­износньие и антифрикционньие   свойства дизельного топлива при обессеривании   и насколько введение присадки позволяет их улучшить (однако при этом уровень топлива, содержащего 0,2% серы, все же достигается):

toplivo

T-7Токсичность.   Нафтеновые кислоты сравнительно мало­токсичны для человека и животных. ПДК — 5 мг/м3 DL50 — 5—7 г/кг (мыши, крысы). Однако еще в начале ХХ столетия отмечалась высокая токсичность нафтеновых кислот для рыб,   в связи с чем содержание этих соединений   в водоемах должно быть резко ограничено.