Присадки в автомобильном топливе: за и против

ПРИСАДКИ В АВТОМОБИЛЬНОМ ТОПЛИВЕ: ЗА И ПРОТИВ

Авторы - Сергеев Д.В., Громов И.А.

Научные руководители – Шалаева Т.В., Любавин К.А.

ГАОУ СПО Тольяттинский электротехнический техникум

Во все времена человек был тесно связан с окружающим миром. Но как только появилось высокоиндустриальное общество, резко увеличилось количество опасных вмешательств в природу со стороны человека. В настоящее время эти вмешательства грозят глобальной опасностью для человечества. В крупных городах около 70% вредных выбросов в атмосферу поступает с отработанными газами автомобилей. Не являются исключением и крупные города нашей области -  Самара и Тольятти, а в Москве из года в год на долю автомобильного парка в загрязнении воздуха приходится более 90%.

Как известно, подавляющая масса автомобилей всех стран мира использует в качестве горючего различные виды моторного топлива, а это самые различные углеводороды и их производные – бензины, дизельное топливо, пропан-бутановая смесь и даже этиловый спирт. С целью улучшения эксплуатационных характеристик  моторного топлива, к ним в малых количествах добавляют разнообразные топливные присадки. Обычно их содержание не превышает сотых или десятых долей процента по массе.

Цель нашей работы следующая: на основании данных ресурсов сети  Интернет разобраться в многообразии топливных присадок, а также изучить влияние некоторых присадок на работу двигателя и окружающую среду, т.е. эксплуатационные и экологические характеристики этих видов присадок.

Присадки к топливам улучшают процессы сгорания, способствуют сохранению начальных свойств топлива при хранении, транспортировке и использовании, снижают вредное воздействие топлива на механизмы и аппаратуру, облегчают применение топлива при низких температурах и т. д.

По назначению присадки к топливам делят на следующие группы:

Наибольшее применение получили антидетонаторы  - вещества, снижающие детонацию моторных топлив. До недавнего времени наиболее дешевым, действенным и распространенным способом повышения детонационной стойкости бензина было добавление в их состав алкилсвинцовых присадок, в том числе и такой, как тетраэтилсвинец  ( (C2 H5)4Pb) в виде этиловой жидкости.

Тетраэтилсвинец

В результате получаются этилированные бензины различных сортов. В концентрации 0,05% тетраэтилсвинец повышает октановое число бензина на 15–17 единиц, но из-за высокой токсичности продуктов сгорания этилированного бензина в России его выпуск и продажа были запрещены. Дополнительным аргументом в пользу принятия этого решения послужило и то, что продукты сгорания свинца способны быстро вывести из строя автомобильный катализатор. В качестве альтернативы антидетонационным алкилсвинцовым присадкам в России разрешены к использованию органические соединения марганца, железа и ароматические амины. Антидетонаторы на основе соединений марганца и железа гораздо менее токсичны, чем алкилсвинцовые присадки, и не столь губительны для автомобильных катализаторов, но наличие в бензине железосодержащих присадок приводит к образованию отложений оксидов марганца и железа на стенках камеры сгорания, тарелках клапанов и свечах зажигания. Что приводит к коррозии выпускных клапанов, калильному воспламенению бензо-воздушной смеси, ускоренному выходу из строя свечей зажигания.

Антидетонаторы на основе ароматических соединений (экстралин, ксилидин и др.) малотоксичны, стабильны и обладают хорошей эффективностью.

2,6-Ксилидин (2,6-диметиланилин)

 В концентрации до 1% эти соединения в состоянии повысить октановое число бензина на 9–12 единиц, но в то же время их присутствие в бензине приводит к повышенному осмолению последнего при длительном хранении, неправильной транспортировке, а при его использовании происходит образование смолянисто-коксовых, устойчивых к растворению отложений на стержнях клапанов и топливных форсунок, а также засорению топливной аппаратуры и всей топливной системы автомобиля в целом. Все это самым негативным образом отражается на процессе подачи топлива в цилиндр, а в результате и на качестве образующейся бензовоздушной смеси. Что оборачивается потерей мощности, «провалами» и неустойчивой работой автомобильного двигателя, а также повышенным расходом топлива.

Также на наших заправочных станциях можно встретить и высокооктановые сорта бензина, включающего добавки метилтретбутилового эфира (CH3-O-C(CH3)3). Его 10–15% добавка увеличивает октановое число бензина на 9–12 единиц. Сама по себе антидетонационная добавка из метилтретбутилового эфира не наносит никакого вреда двигателю автомобиля, напротив, полученное таким образом топливо характеризуется улучшенными экологическими характеристиками. В то же время метил-третбутиловый эфир даже в составе бензина способен вступить в активную реакцию с содержащейся в атмосфере влагой, в результате которой происходит насыщение бензина водой. Вода, попадая в топливную систему автомобиля, в зависимости от времени года и разновидности топливной системы питания может привести к выходу из строя фильтрующих элементов и топливоподающей аппаратуры, одновременно она провоцирует появление коррозии в топливных баках, топливопроводе и на «зеркале» цилиндров автомобильного двигателя.

Для выполнения международных норм по содержанию вредных веществ в отработанных газах предусматриваются достаточно жесткие требования  к топливам. Для соблюдения этих требований нефтехимики и нефтепереработчики разрабатывают все более и более чистые топлива, снижая в них содержание ненасыщенных, ароматических и полициклических углеводородов и серы. Однако, выигрывая в экологических свойствах топлива, мы зачастую проигрываем в эксплуатационных свойствах. Такие очень чистые топлива приводят к потере мощности и повышенному износу, поэтому дополнительно требуют применения различных химических топливных добавок и модификаторов, позволяющих сохранить мощность и уменьшить износ.

Чем выше температура воспламенения горючего (октановое число), тем меньше скорость его горения. Соответственно, процесс полного сгорания топлива в камере сгорания не завершен, и топливо обычно догорает в выхлопном коллекторе. По этой причине выпускные тракты современных автомобилей, работающих на высокооктановых топливах, оснащают дорогостоящими каталитическими нейтрализаторами дожига.

Однако, одного и того же результата можно достичь меньшими усилиями — не меняя состав топлива, а заставляя топливо сгорать более полно, с меньшими выбросами вредных веществ в отработанных газах, что обеспечивает соблюдение всех норм «ЕВРО» по выбросам. Для этих целей в последнее время стали разрабатываться и применяться различные катализаторы горения, ускоряющие те или иные химические процессы, происходящие в самой камере сгорания двигателя. Катализаторы горения увеличивают скорость горения моторных топлив, создавая особые условия для полного завершения процесса горения в камере, а не в выхлопном коллекторе или нейтрализаторе. На фоне различных топливных присадок, добавок и модификаторов этот совершенно новый класс присадок представляет наибольший интерес.

Катализаторы горения – это вещества, изменяющие процесс горения (окисления) топлив; относятся к отдельному, самостоятельному классу присадок, изменяющих скорость и механизм горения топлив в камерах сгорания.

В отличие от других топливных присадок и модификаторов, катализаторы горения, применяются в мизерных концентрациях 0,001-0,01%, фактически не изменяют физико-химические свойства базового топлива, но обеспечивают изменение процесса горения, переводя топливо в новый класс, соответствующий выполнению норм выбросов ЕВРО-4, при работе на исправном двигателе.

Особой популярностью пользуются органические катализаторы горения, являющиеся абсолютно безопасными для двигателей современных автомобилей.  

На сегодняшний день существует особая линейка присадок, так называемые биокатализаторы горения топлива.  Их еще называют «обработчиком камеры сгорания». Биокатализатор выпускается в жидком виде, который также позволяет экономить топливо и снижает вредные выбросы выхлопных газов. В составе горючей смеси биокатализатор попадает в камеру сгорания. Там он ускоряет процесс сгорания топлива и медленно очищает цилиндры от нагара. После сгорания топлива, также постепенно начинает образовываться микропленка. Пленка создает эффект полированной поверхности, способствуя более равномерному распределению бензина, газа или дизеля. Еще она производит предварительный катализ, что также улучшает качество сгорания топлива. При возгорании смеси в цилиндре начинается каталитический процесс в выхлопной системе, благодаря чему происходит снижение образования оксидов азота. Таким образом, использование биокатализатора топлива помогает сохранить природу и содействовать защите окружающей среды.

Между тем, сторонников той точки зрения, что бензины качественной марки содержат в своем составе полноценный комплекс присадок, способных самостоятельно поддерживать чистоту в топливной системе автомобиля и эффективно справляться с нагаром в камере сгорания, ждет неминуемо разочарование хотя бы после знакомства с отчетами недавно проведенной независимой экспертизы, объектом которой стало исследование качества бензина, поступающего на рынок США и Канады. Полученные результаты показали, что по сравнению с 1995 годом, когда американским агентствам по защите окружающей среды был определен минимально допустимый уровень содержания моющих присадок в бензине, их количество сократилось почти в два раза.

С целью улучшения эксплуатационных и экологических свойств автомобильных бензинов в их состав вводят моющие и многофункциональные присадки. Причиной этому послужило ужесточение норм на выбросы вредных веществ с отработанными газами. Многие автомобили, успешно прошедшие контроль по содержанию окиси углерода в отработанных газах на холостом ходу,  после некоторого пробега не удовлетворяли нормам. Было установлено, что причиной этого является образование осадков и отложений в системе всасывания  в результате окисления и полимеризации на подогретой поверхности нестабильных углеводородов-олефинов, а также реакционно-способных соединений картерных газов, которые направляют в систему всасывания для уменьшения эмиссии углеводородов. Впервые бензины с моющими присадками были разработаны фирмой «Шеврон» в 1954 году, но широкое распространение они получили с введением принудительной системы вентиляции картера. Требование по обязательному применению моющих присадок возникло после установки на двигателях инжекторных топливных систем нейтрализаторов отработавших газов, а также частичной рециркуляции отработавших газов, то есть возврата их во впускную систему двигателя.

Использование практически любого бензина чревато теми или иными неприятностями для топливной системы питания автомобиля и его двигателя. При этом, как показывает практика, первые доступные для обозрения невооруженным глазом отложения на топливных форсунках инжекторных двигателей появляются уже после первых полутора тысяч (1500) километров пробега.  А так как к числу основных эксплуатационно-качественных показателей бензина относят: показатели его испаряемости, детонационной стойкости и склонности к нагарообразованию, для продления эксплуатационного периода автомобиля необходимо повышать качество бензина.

Среди автолюбителей споры о вреде и пользе присадок не утихают десятилетиями. Сторонники использования приводят одни аргументы, противники – другие. При этом противники добавок умалчивают тот факт, что негативное действие присадки чаще всего вызвано неправильным ее использованием и несоблюдением инструкции. В подавляющем большинстве случаев на колпачке флакона с присадкой есть мерные деления. А вот как вычислить количество бензина? Ведь датчик топлива на приборной панели показывает лишь приблизительное количество (возможно расхождение в 5-7 литров). Чтобы не ошибиться, рекомендуем смешивать бензин еще до попадания его в бак, в емкости с известным объемом. Канистра в этом случае подходит просто идеально. 

Конечно, профилактику двигателя можно доверить профессионалам. Но стоимость диагностики и работы, например, по демонтажу и очистке топливной системы не всегда будет по карману автолюбителю. Поэтому стоит использовать добавки к топливу для поддержания двигателя и топливной системы вашего автомобиля в норме. Главное, как и во всем, - не переусердствовать.

Транспортные средства, эксплуатируемые на топливе с присадками, более надежны и требуют меньших затрат на ремонт. Кроме того, присадки обеспечивают экономию топлива в среднем на 4 %. Высокая эффективность привела к широкому распространению топливных присадок во всем мире.