Моющие присадки для моторных топлив

Нормы Euro 5 и Euro 6 в области выбросов транспортных средств сфокусированы на решении проблемы снижения эмиссии парниковых газов (СО₂, NOx) и твердых частиц. Цель номер 1 для ЕС – углекислый газ. В развитых странах показатель выбросов двуокиси углерода в последние годы вошел в число основных характеристик автомобиля. Сегодня в ЕС максимально допустимый объем выбросов составляет 130 г/км. К 2021 году этот порог должен снизиться до 95 г/км, а к 2030 г. – до 66 г/км.

Сократить количество выбросов углекислого газа возможно только путем снижения расхода топлива, так как масса CO₂, выбрасываемая автомобилем, и количество потребленного топлива напрямую зависят друг от друга. Норма выбросов углекислого газа в 95 г/км соответствует расходу топлива 4 литра на 100 км. Эти проблемы в настоящее время решаются за счет совершенствования автомобильных технологий, а основные показатели качества топлив практически не затрагиваются.

Бензиновые двигатели с прямым впрыском топлива

Новый этап в эволюции технологии автомобилестроения – двигатели с прямым впрыском топлива в камеру сгорания (Direct Injection Spark Ignition – DISI). Уникальная система впрыска DISI и высокая компрессия обеспечивают лучшую эффективность работы по сравнению с традиционными двигателями. Эта конструктивная концепция позволяет создать практически чистый автомобиль с минимальным расходом топлива и низкой токсичностью выхлопа, сохраняя при этом максимальную мощность транспортного средства.

Особенности эксплуатации двигателей прямого впрыска

Основными недостатками бензинового двигателя прямого впрыска являются сложность этой системы и, как следствие, её высокая стоимость. Главный элемент системы подачи топлива – инжектор высокого давления. Форсунки в двигателе работают в очень жестких условиях, так как непосредственно контактируют с камерой сгорания. Твердые продукты горения могут способствовать образованию отложений на игле топливной форсунки, а также внутри сопловых отверстий. Отложения, образующиеся в сопловых отверстиях и на внешней поверхности форсунок, приводят к уменьшению поперечного сечения отверстий, ограничивая поток топлива и нарушая оптимальную схему впрыска. По словам технических специалистов, забитые форсунки – это проблема всех двигателей прямого впрыска, независимо от конструкции. Для моделей, наиболее склонных к накоплению отложений, уже через 5 000 миль, а для других – через 15 000 – 30 000 миль из-за засорения форсунок наблюдается снижение потока топлива на 27–30%. При этом промывка дозировочного блока малоэффективна. Эта проблема может быть решена только его заменой.

Контроль образования отложений

Двигатели прямого впрыска особенно требовательны к качеству топлива, так как всего лишь одна заправка некачественным бензином может вызвать перебои в работе автомобиля и значительно сократить ресурс его работы. Для сохранения работоспособности двигателя, а также высокой топливной экономичности, крайне важно обеспечить чистоту топливной системы в процессе работы.

Последние зарубежные исследования направлены на изучение возможности обеспечения при помощи присадок чистоты топливных форсунок бензиновых двигателей с прямым впрыском топлива. Исследования и испытания показали, что различные типы моющих присадок способны сохранять чистоту новых инжекторов двигателей прямого впрыска, а также способны очищать осевший нагар.

Для оценки способности топлив с присадками поддерживать чистоту форсунок современных двигателей используется стандартный метод CEC TDG-F-113. Испытания проводятся в стендовых условиях на двигателе Volkswagen EA111 CAVE – это современный турбированный 1,4 литровый двигатель прямого впрыска с мультисопловыми форсунками. Отложения, образующиеся в сопле инжектора, приводят к уменьшению поперечного сечения отверстий, ограничивая поток топлива. Для получения топливовоздушной смеси стехиометрического состава, электронная система управления двигателем увеличивает время впрыска. Критерием оценки является изменение времени впрыска (change of injection time), свидетельствующее о наличии отложений в отверстиях топливных форсунок, выраженное в процентах. Для топлив без присадок изменение времени впрыска может составлять 20-25%.

Современные пакеты моющих присадок для автомобильных бензинов позволяют эффективно контролировать образование отложений в двигателях прямого впрыска последнего поколения.

На рисунке представлен график и фото форсунки, иллюстрирующие способность современных пакетов присадок поддерживать в чистоте топливные форсунки двигателей с прямым впрыском. При работе двигателя на топливе с пакетом присадок форсунки остаются чистыми, двигатель работает стабильно, изменение времени впрыска составляет ± 0% по сравнению со стартовым значением. Добавление современных пакетов присадок в автомобильные бензины позволяет поддерживать чистоту, а также восстановить работоспособность топливных инжекторов непосредственно в процессе эксплуатации без ремонта и промывки.

Благодаря эффективному горению, снижается расход топлива и уменьшается количество выбросов выхлопных газов и СО₂ в атмосферу. Обеспечение работоспособности дозировочного блока позволяет повысить надёжность работы топливной аппаратуры.

Современные дизельные двигатели Common-rail

Экологические показатели дизельных двигателей до последнего времени значительно уступали современным бензиновым двигателям. Ситуация изменилась в связи с внедрением дизелей так называемой системы Common-rail. В таких двигателях топливный насос высокого давления подает горючее в общий трубопровод — топливную рампу, которая играет роль ресивера. Топливо при этом находится не под пульсирующим давлением, а под постоянным. Управление форсунками осуществляется не старым гидромеханическим способом, а с помощью компьютера.

Такие особенности дизеля, как экономичность, высокий крутящий момент во всем диапазоне оборотов, а также доступное топливо делают его более предпочтительным вариантом по сравнению с бензиновым двигателем. Дизельный двигатель экономичнее бензинового и расходует в среднем на 15-30% меньше топлива. Экологические характеристики дизельного двигателя также выше, чем у бензинового.

Особенности образования отложений в дизельном двигателе системы Common-rail

Эксплуатация современных двигателей с прямым впрыском системы Common-rail сопровождается образованием отложений в топливных форсунках. Часто возникновение проблем в системе питания провоцирует дозировочный блок. Если в топливной рампе наблюдается недостаточное или повышенное давление, то причина, скорее всего, кроется в неадекватной работе дозировочного блока. Он, в свою очередь, являясь прецизионным изделием, крайне чувствителен к образованию отложений. По сложности современный дизельный двигатель не уступает бензиновому. Ужесточение экологического законодательства постоянно диктует новые требования к конструкции двигателя, которые сопровождаются постоянным усложнением форсунок. Так, двигатель Peugeot DW 10 с нормами выбросов Евро-5 имеет форсунки с шестью инжекторными отверстиями размером 110 микрон. Форсунка двигателя конструкции Евро-6 имеет 24 инжекторных отверстия диаметром всего 80 мкм. Сопла современных форсунок лишь немногим больше диаметра человеческого волоса. Кроме того, они имеют сложную геометрию, с закруглениями. Все это делает их особенно подверженными к образованию отложений. Увеличение давления впрыска топлива и рабочих температур двигателя усиливают тенденцию к закоксовыванию инжекторов. Воздействие отложений на прецизионную пару блока приводит к зависанию его штока, что выражается в нерегулируемой подаче топлива в цилиндры. При этом, как и в случае с бензиновым двигателем, промывка дозировочного блока малоэффективна. Проблему решает только замена его новым. Но и она в некоторых случаях приносит лишь временный эффект.

В отличие от форсунок старых конструкций, в современных двигателях прямого впрыска отложения формируются в других областях. Внутри и вокруг распылительных отверстий образуется углеродистый нагар – «внешние отложения». Помимо отверстия сопла, внутри корпуса инжектора, на поршне и игле форсунки образуются «внутренние отложения»

Условия сгорания (давление, температура) приводят к образованию отложений, отличающихся по составу от образующихся в классических дизельных двигателях. Существуют два различных типа внутренних отложений в инжекторах. Первый тип — восковые отложения, или «мыло». Второй тип — углеродистые, имеющие вид лаковой пленки

Отложения внутри сопла могут вызвать залипание подвижных частей, это нарушает контроль за впрыском топлива. Неэффективное горение топлива может привести к падению мощности, ухудшению топливной экономичности, увеличению эмиссии токсичных выбросов, а также к выхлопам в виде черного дыма. Увеличение количества отложений может привести к потере управляемости автомобилем и к проблемам с запуском.

Для сохранения мощности двигателя и высокой топливной экономичности крайне важно обеспечить чистоту топливной системы в процессе работы.

Борьба с отложениями в дизельном двигателе

Прогресс в области технологии автомобильных двигателей постоянно диктует новые требования к присадкам для топлив. Многие присадки предыдущего поколения не способны контролировать образование внутренних отложений. Современные тенденции в автомобилестроении приводят к появлению новых многофункциональных присадок к моторным топливам. Пакеты присадок последнего поколения обеспечивают высокую эффективность по защите всех типов дизельных двигателей, включая самые современные системы Common Rail от всех видов отложений, как внешних, так и внутренних.

Для изучения образования отложений в распылительных отверстиях топливных инжекторов современных двигателей Common-rail используется стандартный метод СЕС F-98-08 на двигателе Peugeot DW10В. Испытания проводятся циклами, общая длительность испытаний составляет 60 часов. В процессе испытаний каждый час регистрируется изменение мощности двигателя. Критерием оценки является изменение мощности, которое определяется уровнем загрязнения топливных инжекторов. В соответствии с последними требованиями Всемирной топливной хартии падение мощности не должно превышать 2%. Этот метод позволяет напрямую проследить взаимосвязь между эксплуатационной эффективностью работы двигателя (мощностью) и чистотой топливной системы. Многочисленные испытания на двигателе Peugeot DW10В показывают, что топлива, представленные на европейском рынке, не обеспечивают выполнение требований ВТХ по этому показателю (потеря мощности менее 2%). Причем снижение мощности составляет 7-9%, а в некоторых случаях превышает 12-13%. Такое падение мощности дизельного двигателя вызвано образованием отложений на элементах топливных форсунок. Как показывают испытания, добавление пакетов моющих присадок в дизельное топливо препятствует потере мощности за счет предотвращения образования отложений. Если в двигателе уже имеются отложения, эксплуатация на топливе с многофункциональным пакетом присадок может восстановить 100% первоначальной мощности двигателя (до уровня нового) за счет очистки топливных форсунок

Для изучения образования внутренних отложений используется стандартный метод СЕС F-110-16 на двигателе Common Rail DW 10C, основанный на оценке влияния внутренних отложений на холодный запуск двигателя. Испытания проводятся циклами: 5 циклов по 6 часов каждый с остановками двигателя на 8 часов. После запуска холодного двигателя измеряется температура отработавших газов (холостой ход, 2000 об/мин).

Значительные колебания температуры отработавших газов указывают на наличие внутренних отложений. После их удаления при работе автомобиля на топливе с многофункциональным пакетом присадок работа двигателя стабилизируется. Для оценки наличия внутренних отложений используется рейтинговая система: рейтинг рассчитывается исходя из различия в температурах отработавших газов по каждому цилиндру, рейтинг 10 свидетельствует об отсутствии внутренних отложений. Рейтинг менее 8 – наличие внутренних отложений, характеризующихся различиями в температурах отработавших газов при холодном старте и вибрацией двигателя. Испытания, проведенные разными методами, на двигателях различных конструкций и поколений подтверждают способность современных многофункциональных пакетов присадок поддерживать идеальную чистоту всех типов дизельных двигателей, включая самые современные двигатели системы Common Rail, а также обеспечивать очистку топливных инжекторов от всех видов отложений (внешних и внутренних).

Даже самое высококачественное топливо в процессе эксплуатации образует отложения в топливных форсунках. Появление отложений в двигателе неизбежно, но их количество можно контролировать и, таким образом, поддерживать двигатель автомобиля в хорошем состоянии. Именно для этого предназначены современные пакеты моющих присадок в качестве «средства быстрого реагирования».

Дарья Федосеева, менеджер по технической поддержке, отдел «Специальные химикаты для топлив и масел», BASF в России и СНГ