Рис. 4. Уплотнение поверхности при испытаниях двигателя с использованием LPG с присадкой Octimise™V 4010 (а) по сравнению с транспортным средством с изношенной поверхностью (б)

Автор: П.И. Топильницкий, В.В Романчук (Национальный университет «Львовская политехника»), А.Ф. Пушак, В.А. Пушак (ООО «ПАЛТЕХ»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №12/2014

В настоящее время сжиженный углеводородный газ (LPG – Liquefied petroleum gas) применяется в качестве моторного топлива как альтернатива традиционному виду топлива (бензин) и успешно конкурирует с ним по цене. Сегодня, с появлением новых совершенных систем газобаллонного оборудования 4-го поколения перевод автомобилей на сжиженный газ становится все более популярным.

Преимущества при использовании газового моторного топлива:

  • топливо подается в двигатель в газообразном состоянии, что исключает смывание масляной пленки с поверхности цилиндров и уменьшает износ цилиндропоршневой группы;
  • октановое число сжиженного нефтяного газа выше, чем у бензина, и колеблется от 103 до 109 в зависимости от соотношения в нем пропана/бутана (летний, зимний варианты). Этот эффект практически исключает возможность детонирования и, как следствие, повреждение двигателя из-за детонации;
  • количество тяжелых примесей в газе сведено до минимума, что уменьшает вероятность преждевременного выхода из строя каталитического нейтрализатора отработанных газов, датчика остаточного кислорода (лямбда-зонд), свечей зажигания;
  • газ не влияет на вязкость моторного масла, а также не загрязняет его продуктами сгорания (в отличие от бензина), что положительно влияет на ресурс двигателя;
  • увеличивается пробег автомобиля без дозаправки, по причине возможности работы автомобиля, как на бензине, так и на газе (эта особенность важна для автолюбителей, привыкших ездить на большие расстояния и сомневающихся в качестве провинциального топлива);
  • выхлопные газы автомобиля, работающего на газе, содержат в несколько раз меньше вредных веществ, чем в автомобиле, работающем на бензине. Двигатель, работающий на газовом топливе, наносит меньший вред окружающей среде, а значит, является более экологичным. В табл. 1 и на рис. 1 представлены данные по количеству вредных выбросов при сгорании различных видов топлива.
Рис. 1. Выбросы загрязняющих веществ с отработанными газами двигателя внутреннего сгорания, мг на килограмм сгоревшего топлива
Рис. 1. Выбросы загрязняющих веществ с отработанными газами двигателя внутреннего сгорания, мг на килограмм сгоревшего топлива

 

Таблица 1

Сравнение количества вредных выбросов

Вредные вещества Бензин Дизельное топливо LPG
Диоксид серы (SO2), мг/км пробега 8,9 3,7 1,8
Монооксид азота (NO), г/км пробега 0,07 0,33 0,05
Диоксид азота (NO2), г/км пробега 0,02 0,37 0,01
Угарный газ (СО), г/км пробега 0,15 0,10 0,09
Несгоревшие углеводороды, г/км пробега 0,13 0,02 0,10
Диоксид углерода (CO2), г/км пробега 203,1 180,5 189,3

Таким образом, выхлопные газы автомобиля, работающего на бензине, будут выделять 8,9 мг диоксида серы при пробеге 1 км. При работе на дизельном топливе они будут содержать 3,7 мг диоксида серы. Для сравнения – при работе автомобиля на LPG в выхлопных газах содержится 1,8 мг диоксида серы.

Количество вредных выбросов, таких как монооксид азота, двуокись азота, углекислый газ, угарный газ также будет значительно меньшим у автомобилей, работающих на сжиженном газе, чем при их работе на бензине.

Недостатки при использовании газового моторного топлива:

  • уменьшение максимальной мощности на 7% (это вызвано более низким показателем теплоты сгорания газа, чем у бензина);
  • ухудшение динамики разгона на 5%;
  • уменьшение полезного объема багажного отделения за счет размещения газового баллона;
  • потеря фирменной гарантии от производителя автомобиля (в случае переоборудования автомобиля с бензина на газ);
  • дороговизна переоборудования в совокупности со сменой регистрационных документов;
  • увеличение температуры сгорания сжиженного газа по сравнению с бензиновыми двигателями;
  • более «сухой» процесс сгорания сжиженного газа, чем у двигателей, работающих на бензине.

Специально разработанные двигатели для LPG имеют особенные крепления клапанных седел. У автомобилей, двигатели которых переоборудованы на технических станциях для использования LPG, такие крепления отсутствуют (рис. 2). В результате может произойти износ клапанного седла, что приведет к серьезной поломке двигателя. Расходы по ремонту двигателя весьма затратные и увеличиваются, если сломанный клапан повредит цилиндр или поршень, что приводит к полному выходу двигателя из строя.

Рис. 2. Износ клапанного седла
Рис. 2. Износ клапанного седла

Таблица 2

Характеристика присадок для защиты от изнашивания клапанного седла

 

Показатель

 Octimise™V 4000 Octimise™V 4050 Octimise™V 4010S Octimise™V 4050 Plus
Состав Калиевые мыла органических кислот, спирты, алканы
 

Внешний вид

 Безцветная жидкость Светло- желтая жидкость Прозрачная синяя жидкость Прозрачная синяя жидкость
Плотность, кг/м3 990 950 890 820
Вязкость, мм2/с при 20°С 625 – 21 –
Вязкость, мм2/с при 40°С 180 2,9 9 9
Температура вспышки, °С >61 > 61 >61 >60
Температура застывания, °С – > –39 > –39 > –39
Норма ввода, мг/кг 145…220 290…440 1400…2000 1400…2000

Клапаны и клапанные седла предрасположены к коррозии и эрозии при использовании LPG, что проявляется в потере мощности, увеличении расхода топлива (до 10%) и вредных выбросов, а тем более при работе на украинском газе, который производится согласно ДСТУ 4047–2001. Этот газ, частично продаваемый на украинских АЗС, перестал устраивать компании, которые наиболее динамично развиваются и предлагают разнообразный ассортимент топлива высокого качества.

Принимая во внимание, что украинские нефтеи газоперерабатывающие заводы не могут перейти на производство качественного автомобильного газа в ближайшее время, компании, реализующие LPG, предлагают улучшать доступный на рынке сжиженный газ за счет применения присадок. Это позволило бы снизить его негативное влияние на работу двигателя, повысить мощность, обеспечить удлинение межремонтных пробегов, а также уменьшить количество вредных выбросов.

Для улучшения качественных и эксплуатационных свойств LPG предлагается использовать следующие пакеты присадок производства компании Innospec : Octimise™V 4000, Octimise™V 4010S, Octimise™V 4050, Octimise™V 4050 Plus. Octimise™V 4000 используется для LPG, предотвращает изнашивание клапана выхлопной системы (VSR) в транспортных средствах, которые эксплуатируются на сжиженном углеводородном газе. Рекомендуемая дозировка –145….220 мг/кг. Octimise™V 4010S – прозрачная или слегка мутноватая, бесцветная или бледно-желтая жидкость. Используется для предотвращения изнашивания клапанного седла в транспортных средствах, которые эксплуатируются на LPG. Рекомендуемая дозировка Octimise™V 4010S – 1 400… 2 000 мг/кг. Octimise™V 4050 используется для защиты от усиленного изнашивания клапанного седла в транспортных средствах, которые предназначены для работы на сжиженном газе. Octimise™V 4050 совместима с другими широко используемыми присадками для LPG, например, с моющими присадками, которые обеспечивают удаление загрязнений впускного клапана. Octimise™V 4050 была специально разработана для обработки топлив, предназначенных для использования при низких температурах. Норма ввода – 290…440 мг/кг. Octimise™V 4050 Plus – многофункциональная присадка улучшенного качества, используемая для защиты от разрушения седла выхлопного клапана, коррозии, вызванной компонентами сжиженного углеводородного газа (меркаптаны и алкилсульфиды), износа деталей двигателя из-за низкой смазывающей способности топлива в автомобилях, работающих на сжиженном углеводородном газе низкого качества в системах «бензин-газ». Octimise™V 4050 Plus совместима с другими топливными присадками, с материалами двигателя и топливной системы, сохраняет долгосрочную стабильность топлива и не оказывает негативного влияния на топливо. Рекомендуемая норма ввода для Octimise™V 4050 Plus – 290…440 мг/кг.

Физико-химические характеристики данных присадок представлены в табл. 2.

Исследования на изнашивание клапана двигателя при использовании газового топлива с присадками Octimise были проведены на выпускном коллекторе с 4 лямбда-датчиками при полной загрузке. Результаты испытаний представлены на рис. 3.

Рис. 3 Образование защитной пленки для каждого топлива после проведения трех испытаний
Рис. 3 Образование защитной пленки для каждого топлива после проведения трех испытаний

Исходя из данных рис. 3, присадка Octimise™V 4010S добавляет защитный слой на выпускные клапаны и тем самым предотвращает контакт металла с металлом, что является основной причиной изнашивания седла клапана.

Защитное действие присадки Octimise™V 4010S также продемонстрировано на рис. 4, где показаны уплотнение поверхности при испытаниях двигателя по сравнению с транспортным средством с изношенной поверхностью.

Рис. 4. Уплотнение поверхности при испытаниях двигателя с использованием LPG с присадкой Octimise™V 4010 (а) по сравнению с транспортным средством с изношенной поверхностью (б)
Рис. 4. Уплотнение поверхности при испытаниях двигателя с использованием LPG с присадкой Octimise™V 4010 (а) по сравнению с транспортным средством с изношенной поверхностью (б)

Эффективность присадки была подтверждена тестом на прогнозируемый срок службы клапана (в километрах пробега). Результаты представлены на рис. 5. Исходя из данных рис. 5, критическое состояние двигателя при использовании LPG с присадками наступит при пробеге более чем в 100 000 км даже для двигателей, работающих в высокофорсированном режиме.

Рис. 5 Прогнозируемый срок службы клапана в зависимости от наличия или отсутствия присадки в топливе при работе двигателя в различных режимах: А – высокофорсированный, В – среднефорсированный, С – малофорсированный
Рис. 5 Прогнозируемый срок службы клапана в зависимости от наличия или отсутствия присадки в топливе при работе двигателя в различных режимах:
А – высокофорсированный, В – среднефорсированный, С – малофорсированный

Кроме описанных, были проведены полевые испытания LPG и LPG с присадкой на автомобиле Pegeout 107. Для данных испытаний был использован автомобиль 2010 года выпуска, который имел 10 000 км пробега, двигатель V3 1,00-литровый с жидкой фазовой системой впрыска LPG. К топливу добавляли присадку

Рис. 6. Итоговое изнашивание клапана с использованием LPG при наличии и отсутствии присадки
Рис. 6. Итоговое изнашивание клапана с использованием LPG при наличии и отсутствии присадки

Octimise™V 4010S непосредственно в бак автомобиля. Результаты теста на трение выпускных клапанов с использованием LPG с присадкой и без нее показаны на рис. 6. Тест показал, что при пробеге 12 500 км Peugeot 107 с 1,0-литровым двигателем Toyota износ клапанов составил 65–90% нормы. При использовании LPG с присадкой Octimise™V 4010S износ не превышал 0,01 мкм после 1 000 км пробега.

Рис. 7. Степень износа шести выпускных клапанов трех цилиндрового двигателя при использовании топлива без присадки, мкм
Рис. 7. Степень износа шести выпускных клапанов трех цилиндрового двигателя при использовании топлива без присадки, мкм

Результаты испытаний на износ выпускных клапанов при использовании LPG и LPG с присадкой представлены на рис. 7, 8. Для тестирования износа клапанов использовался Peugeot 107 с 1-литровым двигателем Toyota с аналогичной головкой цилиндра. Тест показал, что износ шести выпускных клапанов трехцилиндрового двигателя при использовании LPG без присадки составил 3,5…9,2 мкм. Износ выпускных клапанов при применении присадки составил 0,005…0,01 мкм.

Рис. 8. Степень износа шести выпускных клапанов трехцилиндрового двигателя при использовании топлива с присадкой Octimise V4000, мкм
Рис. 8. Степень износа шести выпускных клапанов трехцилиндрового двигателя при использовании топлива с присадкой Octimise V4000, мкм

Физико-химические параметры топлива LPG, как и LPG с присадкой, выполняют все требования стандарта PN-E N 589:2009. Присадка, введенная в сжиженный газ, не привела к нарушению каких-либо стандартных параметров топлива.

Результаты тестов показывают двукратное улучшение смазочных свойств топлива LPG под влиянием присадки, примененной в концентрации, которая выполняет требования сухого остатка после испарения автогаза.

Подытоживая результаты проведенных тестов, в общем можно отметить следующее:

  • присадки Octimise™V 4010S и Octimise ™V 4000 накапливают защитную пленку, которая препятствует контакту металла с металлом;
  • оптимизированная дозировка подтверждает значительное снижение износа клапана;
  • эффект выше у выпускных клапанов, чем у впускных;
  • даже высокофорсированный двигатель достигнет срока службы в 100 000 км.

Присадки для LPG типа Octimise обеспечивают:

  • стабильность топлива;
  • улучшение чистоты впускных и выпускных клапанов;
  • уменьшение коррозионных свойств топлива;
  • повышение мощности двигателя;
  • снижение вредных выбросов в атмосферу.
СХОЖИЕ СТАТЬИБОЛЬШЕ ОТ АВТОРА