Gaznaauto Сайт про автомобили
Суперечки на тему автомобільного пального почалися десятки років тому і досі анітрохи не втратили свого азарту. Змінюється хіба що тематика обговорення: якщо в радянські роки обговорювали способи переведення мотора на більш низькооктановий і дешевий бензин, то сьогодні, навпаки, тільки й розмов про те, що краще заливати 95 або 98, а то й 100 замість 92. Мовляв, і витрата нижча, і мотору від цього тільки краще. Давайте згадаємо, як і чому двигунобудування прийшло до високооктанового палива, навіщо воно потрібне і чи справді сучасні мотори вимагають «сучасного бензину».
Чим сучасні двигуни відрізняються від старих?
Еволюція двигунів внутрішнього згоряння — тема глибока і багатогранна, але ми не будемо навіть намагатися осягнути неосяжне. Давайте відразу відзначимо ключові факти про мотори, які багато хто сьогодні сприймає як належне. Насамперед, сучасні автомобілі демонструють неймовірні потужностні та динамічні показники при скромному літражі двигунів. Що ще важливіше, вони вийшли на новий рівень паливної економічності та екологічності вихлопу. Усе це стало можливим завдяки застосуванню передових інженерних рішень — надскладних систем прямого впорскування пального та рециркуляції відпрацьованих газів, багатоступеневих каталізаторів і сажових фільтрів, і, звісно, розширення повноважень керувальної електроніки, яка за допомогою численних датчиків контролює всі етапи формування і згоряння повітряно-паливної суміші. Однак сучасний двигун, як і будь-яка інша високоточна механіка, пред’являє особливі вимоги до якості паливно-мастильних матеріалів і, насамперед, моторного палива.
Що ж змушувало виробників автомобільної техніки вдосконалювати свої двигуни? Хоч як банально це прозвучить, насамперед — це посилення вимог екологічного законодавства, яке закріплено в Женевській Угоді, вперше затвердженій 1958 року. Крім того, основні вимоги до викидів шкідливих речовин автомобілями і двигунами встановлені в Правилах ООН № 49 (вантажні автомобілі та автобуси), №83 (легкові автомобілі та легкі вантажівки) і №96 (дизелі сільськогосподарських і лісових тракторів, позашляхових транспортних засобів). Саме посилення вимог до викидів шкідливих речовин автотранспортних засобів і двигунів спонукало виробників шукати дедалі ефективніші рішення. Кардинально змінити ситуацію могла лише оптимізація процесу згоряння паливоповітряної суміші. Зокрема, треба було змусити весь її об’єм запалитися в максимально короткий час. А тут була необхідна висока точність дозування і точність моменту впорскування. Зробити це можна було, тільки піднявши тиск уприскування палива і застосувавши електронне управління процесом подачі палива.
Наочний приклад — те, як це реалізовано в легкових турбодизелях, де зараз практично повсюдно застосовується система прямого впорскування типу common rail. Її принципова відмінність від інших систем полягає в наявності паливного акумулятора високого тиску, або як її ще називають, паливна рампа. Дизельне паливо подається насосом під високим тиском у цю рампу, а з неї прямує до форсунок. Така схема забезпечує масу переваг, включно з чудовим розпорошенням палива, рівномірністю подачі палива незалежно від частоти обертання колінвалу і високоточним багаторазовим дозуванням у процесі робочого циклу. А керуюча електроніка дає змогу регулювати тиск і момент початку впорскування в дуже широкому діапазоні. Усе це забезпечує практично повне згоряння дизельного палива в циліндрах і, як наслідок, високу економічність двигуна та низьку токсичність вихлопу.
Швидкодія системи живлення і точність дозування палива стали для інженерів-дизелістів ключовими параметрами. Тому на двигунах останнього покоління електрогідравлічні форсунки поступилися місцем п’єзоелектричним, час спрацьовування яких становить 0,1 мс — у 5 разів менше, ніж у попередників. Кардинально зріс і тиск: якщо в колишні часи рядні ПНВТ видавали не більше 600 бар, то системи common rail третього покоління з п’єзофорсунками вже вийшли на рівень 2500 бар.
Бензинові мотори не відстають від дизельних: вони теж пройшли довгий шлях від карбюраторів до безпосереднього впорскування. Тут ця технологія також не нова, але широкого поширення набула лише в останні 20-30 років, а зараз стає дедалі популярнішою. Така система живлення дає ті самі переваги: це і можливість точного налаштування робочих параметрів, і «пошарове» впорскування, коли паливо подається в циліндр кілька разів за такт, і виграш в економічності, і зниження шкідливих викидів. Ну а зворотний бік медалі ми вже знаємо: підвищені вимоги до якості бензину, оскільки форсунки працюють в умовах високих температур і тиску і швидко закоксовуються.
Адже, по суті, форсунка являє собою досить простий електромагнітний клапан голчастого типу, що зумовлює забруднення як основну причину його виходу з ладу. Форсунка не дуже боїться механічного засмічення — фільтри, встановлені в паливній магістралі і самій форсунці, успішно відсівають частинки розміром понад 20 мікрон. Набагато більшу небезпеку становить забруднення продуктами згоряння палива, які з часом перекривають розпилювальні канали і порушують нормальну роботу голчастого клапана. На дизельних і бензинових моторах з прямим уприскуванням палива ситуація ускладнюється тим, що тут розпилювачі форсунок виходять у камеру згоряння, а отже, нагріваються вони ще швидше. І нагар формується вже не тільки всередині, а й на поверхні розпилювачів.
Ще одна технологія, крім прямого впорскування, що дала змогу вивести мотори на новий рівень потужності та екологічності — це наддув. Про те, що таке наддув, знають усі: це примусова подача в циліндр під тиском більшої кількості повітря, що дає змогу спалити за один такт більшу кількість пального і тим самим підвищити потужність мотора за того самого робочого об’єму. Зародившись у минулому столітті як інструмент підвищення потужності в суднових дизелях, наддув довів свою ефективність в автоспорті, а потім міцно закріпився в двигунобудуванні як одна з ключових технологій. При цьому наддув стимулював розвиток не тільки двигунів, а й палива для них. Адже зростання тиску в камері згоряння в бензинових двигунах призводить, зокрема, і до підвищення ризику детонації, тож сучасні турбовані двигуни, як правило, вимагають бензину з октановим числом не нижче 95.
Отже, наддув, безпосереднє впорскування і високий ступінь стиснення — це ключові особливості сучасних двигунів.
Чи змінилося паливо так само сильно, як двигуни?
Зрозуміло, за ці десятиліття еволюціонували не тільки двигуни, а й паливо. Навіть якщо згадати не настільки далеке минуле, то як бензин, так і дизельне паливо були іншими. По-перше, паливо стало іншим за компонентним складом. Модернізація більшості НПЗ Молдові, проведена в останні два десятиліття, дала змогу як істотно збільшити глибину перероблення нафти, так і поліпшити якість вироблених компонентів, у т. ч. і високооктанових. До складу бензину тепер повсюдно залучаються продукти установок сірчанокислотного алкілування, низькотемпературної ізомеризації, каталітичного й ароматичного риформінгу, каталітичного крекінгу (до речі, бензини каталітичного й ароматичного риформінгу та сірчанокислотного алкілування забезпечують отримання палива з октановим числом 95 і вище). Раніше більшості з перерахованих процесів не було в технологічних схемах російських НПЗ. По-друге, раніше під час виробництва пального практично не використовували присадки, а якщо і використовували, то негативний побічний ефект від їх застосування перекреслював вигоду. Зараз же деякі експлуатаційні характеристики палива неможливо досягти тільки за рахунок застосування технологічних процесів/методів виробництва на НПЗ. Так, для виробництва того самого дизельного пального на НПЗ використовують депресорно-диспергувальні, цетанопідвищувальні, протизносні та антистатичні присадки. Під час виробництва бензину в разі потреби застосовують антиокислювальні та октанопідвищувальні присадки.
Окремо варто зупинитися на присадках, адже вони також зазнали суттєвих змін. Розповімо спочатку про еволюцію присадки для підвищення октанового числа. У минулому однією з популярних октанопідвищувальних присадок був тетраетилсвинець. Склад, розроблений у США в 20-ті роки минулого століття, був настільки ж ефективний, наскільки і отруйний. Застосування етилованого бензину, «поліпшеного» за допомогою тетраетилсвинцю, призводило до викидів величезних обсягів шкідливих сполук і накопичення свинцю в організмі, а люди, які працювали на виробництвах, масово гинули від отруєння. Проте тетраетилсвинець протримався в масовому виробництві бензину до 70-х років, а повністю заборонений у більшості країн світу був і зовсім до початку 21 століття. Молдова ввела заборону на етиловане паливо наприкінці 2002 року — на той момент його обіг уже був невеликий. Відповідно, всі сучасні бензини, що виробляються в Молдові, є неетилованими, а підвищення октанового числа досягається іншими, безпечнішими методами.
Як правило, так званого «октанофонду» більшості НПЗ зараз цілком достатньо, щоб виробляти товарний бензин без використання будь-яких «сторонніх» октанопідвищувальних компонентів. Додатковим високооктановим компонентом, який зараз повсюдно використовується при виробництві бензину, є метил-трет-бутиловий ефір (МТБЕ) з октановим числом 115 (МТБЕ є малонебезпечною речовиною). Він застосовується, як правило, для випуску бензину з октановим числом 100 і вище.
Однією з останніх вимог автовиробників стала вимога до рівня відкладень на важливих деталях двигуна (форсунки інжекторів, впускні клапани). Адже загальновідомо, що відкладення утворюються від згоряння будь-якого палива — це неминучий процес. Основний вплив на рівень і швидкість утворення відкладень чинить саме компонентний склад пального: що більше в ньому ненасичених і ароматичних вуглеводнів, то швидше відбувається процес смоло- і нагароутворення на деталях двигуна. Досягти необхідного автовиробниками рівня відкладень неможливо тільки за рахунок вдосконалення технологій виробництва на НПЗ. Тому поліпшення цього експлуатаційного показника стало можливим тільки завдяки розробці багатофункціональних мийних присадок. Тому тут на сцену виходить окремий клас компонентів палива: мийні присадки.
Як працюють мийні присадки?
Здавалося б, які ще мийні присадки потрібні машині? Що вони мають відмивати? Відповідь на це запитання ми дали трохи вище: паливо за своєю природою під час згоряння неминуче утворює відкладення на деталях двигуна. А це з часом, безсумнівно, відбивається на його нормальній роботі. І залежність тут проста: що більший пробіг, то більше відкладень.
Непрямою ознакою наявності істотного обсягу відкладень на впускних клапанах, форсунках, камерах згоряння може бути збільшення витрати палива і нехарактерна робота двигуна, аж до виходу з ладу його найважливіших деталей. Тут продукти згоряння можуть перетворюватися на тверді смолисті відкладення, які знижують поперечний переріз топроводів і каналів, порушуючи нормальний рух повітряно-паливної суміші. Навіть потрапивши в циліндри, паливо не завжди згорає без залишку. Ті ж самі смолисті речовини осідають на впускних клапанах у вигляді твердих відкладень, які в просторіччі називаються нагаром. Згодом ці відкладення порушують форму камери згоряння і правильність посадки клапанів, змінюючи їхню пропускну здатність. Як наслідок, розвиваються завихрення повітряно-паливної суміші, причому на автомобілях з безпосереднім уприскуванням виникають проблеми з самим її формуванням.
Наслідки забруднення позначаються на експлуатаційних характеристиках: двигун запускається насилу, працює нестійко на холостих обертах, часто перегрівається і споживає занадто багато пального, активно забруднюючи навколишнє середовище. Знижуються чіткість реакцій на натискання педалі газу, динаміка та еластичність. Деградація перерахованих параметрів розвивається поступово, тому автовласник її практично не помічає і довгий час зберігає впевненість у справності свого автомобіля. У зону особливого ризику потрапляють сучасні турбодизельні двигуни, які вирізняються особливо складною конструкцією системи впорскування палива і демонструють підвищену чутливість до забруднень. Неякісне дизпаливо викликає появу характерного нагару на розпилювачах і голках форсунок, що призводить до порушення коректності їхньої роботи. Ускладнюється холодний пуск, падає потужність і зростає витрата палива. Ключової важливості все це набуває для власників техніки комерційного призначення, оскільки за великих пробігів навіть незначне збільшення споживання палива обертається серйозними фінансовими втратами. До того ж відкладення скорочують інтервали між ремонтами двигуна і безпосередньо впливають на термін його служби.
Чи можна позбутися смолистих відкладень у камері згоряння, на клапанах, форсунках та інших деталях силового агрегату? Зрозуміло, так. Найкращі результати в теорії обіцяє повне перебирання двигуна, однак це процедура довга, дорога і не завжди доцільна з економічної точки зору. Спеціальні препарати, які передбачається періодично заливати в паливний бак, бувають як недостатньо ефективними, так і надмірно агресивними в плані хімічного впливу на елементи паливної системи. Світова практика показує, що є більш дієвий і, найголовніше, більш комфортний для автовласників спосіб підтримки двигуна в чистоті.
Йдеться про комплексні мийні присадки, що вводяться до складу моторного палива. Такі присадки, крім власне мийного агента, містять інгібітори корозії, деемульгатори, розчинники і рідину, що несе на мінеральній, напівсинтетичній або синтетичній основі. Інгібітор забезпечує надійний захист від корозії, покриваючи бак і систему живлення захисною плівкою. Деемульгатор бореться з таким побічним ефектом дії мийного агента, як утворення паливо-водяної емульсії. Розчинник підвищує плинність палива, що принципово важливо за низьких температур, а рідина-носій сприяє стіканню залишків нагару з клапанів, зменшуючи ймовірність їхнього «залипання». У бензинових пакетах може бути присутнім також модифікатор тертя. Тобто, «фірмове» пальне на великих АЗС — це не просто переплата за бренд.
Наприклад, роздрібна мережа bp ще 2018 року вивела на наш ринок пальне з технологією ACTIVE, якій відведено набагато більше завдань, ніж зазвичай. Вона не тільки видаляє наявні відкладення, а й запобігає формуванню нових. Ну а чистота паливної системи забезпечує такі логічні переваги: відновлення потужності мотора, подовження його ресурсу та економію палива завдяки коректній роботі паливної апаратури. Причому очищення відбувається не тільки завдяки звичайному розчиненню відкладень: у bp заявляють про технологію активних молекул, які, по-перше, зв’язуються з частинками відкладень і в такий спосіб руйнують шар, несучи бруд у камеру згоряння, а по-друге, прикріплюються до чистих металевих поверхонь і захищають їх від утворення нальоту. При цьому захисний шар, за словами інженерів bp, ефективно утворюється вже з першої заправки. Таким чином, регулярне застосування сучасного пального BP Ultimate з технологією ACTIVE забезпечує не тільки коректну та ефективну роботу будь-яких двигунів, від старих до найсучасніших, а й подовжує їхній термін служби, а також допомагає збільшити пробіг на одному баку за рахунок відновлення робочих характеристик паливної системи. Паливний портфель bp охоплює не тільки бензини з технологією ACTIVE, а й дизельне пальне, яке повною мірою виконує ті самі функції з очищення та захисту мотора і паливної системи. А враховуючи вартість ремонту дизельної паливної апаратури, для багатьох власників таких машин паливо з технологією ACTIVE
Ну а насамкінець можна, нарешті, дати відповідь на запитання, яке ми поставили на самому початку. Чи справді сучасні мотори з наддувом і безпосереднім уприскуванням вимагають особливого палива? Однозначно так. У питанні вибору палива для свого автомобіля завжди необхідно суворо дотримуватися рекомендацій автовиробників. Якщо автовиробник рекомендує до заправки пальне з ОЧ не нижче 95, що містить мийну присадку, то тільки таким пальним і слід заправлятися. Але в чому якісне пальне завжди виявляється попереду, так це в забезпеченні чистоти і продовженні ресурсу мотора і паливної системи, а разом з цим і зниженні витрати, і збільшенні пробігу на одній заправці. Тому таке паливо, як BP Ultimate з технологією ACTIVE, буде актуальним для будь-яких моторів у будь-якому віці.
