Начало статьи здесь:
Часть 1. Двухтактное масло в дизельное топливо. Введение.
Часть 2. Топливо как смазка. Теоретическая основа исследования.
Часть 3. Тест смазывающей способности дизельного топлива.
Исследование использовало следующие методы испытаний:
- Смазывающая способность.
ASTM D6079 (стандартный метод испытаний смазывающей способности дизельного топлива (ДТ) на установке HFRR)
ASTM D6078 (стандартный метод испытаний смазывающей способности ДТ на установке SLBOCLE)
- Цетановое число.
ASTM D6890 (стандартный метод определения задержки зажигания и производного цетанового числа ДТ сжиганием в камере постоянного объема)
- Содержание цинка.
Содержание цинка определялось с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES). Предел обнаружения 15 ppb (0,0000015 %).
- Загрязнение форсунок.
Испытание на засорение форсунок Common Rail проводилось в автомобильной лаборатории энергетической компании Sasol (Кейптаун, ЮАР) на динамометрическом стенде. Испытания проводились, используя общепринятые отраслевые процедуры, на базе 1,6-литрового 4-цилиндрового турбодизельного двигателя, оборудованного пьезоэлектрическими форсунками Common Rail популярного легкового автомобиля.
- Отработанные газы.
Испытание, проводилось в течение нового европейского цикла езды (NEDC) на динамометрическом стенде двигателя, описанного выше.
Следующие виды топлива были смешаны и использованы для тестов:
Результаты теста HFRR:
Высокочастотная возвратно-поступательная установка (HFRR) измеряет смазывающую способность дизеля путем трения стального шарика по пластине в ванне с топливом. Трущийся шарик образует пятно износа, диаметр которого является мерой смазывающей способности дизеля. Все дизельное топливо, продаваемое в Южной Африке, проходит тест HFRR. Допустимый износ, обеспечивающий адекватную смазку всех элементов дизельных топливных систем, должен составлять значение менее 460 микрон. Аналогичная спецификация применяется в Европе (стандарт EN 590) и многих других странах мира. Образцы топлива, используемые для теста, представлены таблицей 1.
Метод испытания HFRR имеет полосы погрешностей, обозначенные черными рисками на вершинах столбцов графика результатов. Только разница измерений, превышающая эти погрешности, может считаться значимой. Иначе результаты теста в полосе погрешностей считаются одинаковыми.
Чистое двухтактное масло также было испытано методом HFRR. Интересно отметить, что смазывающая способность самого 2Т масла не намного лучше образцов товарного дизельного топлива. Неудивительно, что значительной разницы результатов измерений между товарными видами топлива и образцами, смешанными с двухтактным маслом (пропорция 200 к 1), не наблюдается. Вязкость дизеля с добавлением двухтактного масла также сохранилась практически идентичной исходным образцам.
Обратите внимание, что законодательно в ЮАР дизельное топливо перед поставкой на рынок должно соответствовать спецификациям смазочных свойств SANS 342:2014 (South African National Standart). Если смазывающая способность ДТ не соответствует минимальным требованиям SANS (теста HFRR), нефтеперерабатывающие заводы добавляют смазывающую присадку, и топливо снова проверяется на соответствие стандарту.
Результаты, полученные образцами ДТ с нефтеперерабатывающего завода (рисунок 1), являются нормальными для топлива без добавления смазывающей присадки.
Разница результатов измерений между этими образцами и рыночным дизельным топливом свидетельствует об эффективности примененной смазывающей присадки и позволяет оценить минимальный эффект от добавления двухтактного масла.
Результаты теста SLBOCLE:
Другим тестом исследования стал метод оценки смазывающей способности нагружаемым шариком на цилиндре (SLBOCLE). Хотя этот тест не прописан законодательно ни одним стандартом для дизельного топлива, он был использован для лучшего понимания смазывающего эффекта двухтактного масла в дизеле. Результаты испытаний с использованием тех же образцов топлива представлены на рисунке 2.
Подобно HFRR, тест SLBOCLE имеет некоторую степень погрешности, обозначенную рисками на вершинах столбцов графика. Здесь также испытывалось чистое двухтактное масло. Результаты очень похожи на график испытаний методом HFRR с точки зрения незначительного преимущества смазывающих свойств дизельного топлива с добавлением двухтактного масла.
Результаты исследований (рисунки 1 и 2) подтверждают вывод, что двухтактное масло не оказывает существенного влияния на спецификацию ДТ. Однако дополнительная смазывающая присадка способна это сделать.
Цетановое число
В соответствии с методом определения производного цетанового числа (ASTM 6890) образцы топлива поджигаются в камере сгорания при повышенной температуре и давлении. Задержка зажигания измеряется и соотносится со шкалой цетановых чисел. Результаты исследования испытуемых образцов представлены рисунком 3.
Не представляется возможным выявить причины, подтверждающие, что добавление легкого смазочного масла может существенно изменить характеристики воспламенения дизеля.
Результаты испытаний показывают незначительные различия цетанового числа после добавления к дизелю 2Т масла (пропорция 200:1).
Погрешность метода тестирования обозначена штрихами на вершинах столбцов графика. Результаты в пределах этой погрешности считаются одинаковыми.
Содержание цинка
Современные дизельные двигатели требуют чистого дизельного топлива без вредных примесей серы и металлов. Известно, что сера пагубно влияет на платиновое покрытие катализаторов и датчики кислорода, а также вызывает накопление маслом серной кислоты. Таким образом, очевидны преимущества использования ДТ с наименьшим процентом содержания серы. Любой дизельный двигатель совместим с низкосернистым дизельным топливом.
Менее известно, что мягкие металлы (цинк, медь) могут растворяться в дизельном топливе, вызывая стойкие отложения. Такие отложения сужают отверстия дизельных топливных форсунок, что приводит к уменьшению подачи топлива и снижению мощности двигателя с течением времени.
- 2Т масло A: 15,8 ppm (0,00158%) Zn
- 2Т масло B: 16,9 ppm (0,00169%) Zn
Уровень цинка в дизельном топливе, составляющий всего 1 ppm (0,0001%), может вызвать сильное загрязнение форсунки. Такое топливо, ускоряющее загрязнение, используется в исследовательских целях для испытаний двигателя на засорение форсунок (испытательное топливо).
Низкие концентрации цинка измерялись методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES). Оборудование было специально откалибровано под измерения ДТ с точностью до 15 частей на миллиард. На рисунке 4 показаны результаты испытаний образцов топлива и их смесей с 2Т маслом. На рисунке 4 также показан образец испытательного топлива для теста на загрязнение форсунок, который ниже будет описан подробнее.
Содержание цинка в растворе сильно зависит от свойств конкретного топлива, как растворителя. Поэтому различные виды топлива могут показывать разную концентрацию для одного и того же количества добавленного цинка.
Загрязнение форсунок
Тест загрязнения форсунок Common Rail топливной компании Sasol основан на всемирном отраслевом стандарте этого вида испытаний. Развитие самой процедуры испытаний и последующие результаты были отражены рядом международных публикаций, прошедших экспертную оценку.
Это исследование проверило топливо без моющих присадок или искусственного добавления цинка. Автомобильная лаборатория компании Sasol (Sasol Automotive Lab) оборудовала динамометрический стенд на базе турбодизельного четырехцилиндрового двигателя с общей топливной рампой (описан в начале публикации).
Испытание двигателя с новыми форсунками проходило в течение 16 часов под очень высокой нагрузкой. Каждые 30 минут полная мощность двигателя и связанный с ней расход топлива измерялись при 4400 об/мин (номинальная мощность и точка максимального давления в рампе). Любое падение мощности и расхода топлива во время испытаний указывало на происходящее загрязнение форсунок, ограничивающее поток топлива.
Используемое дизельное топливо EN590 является стандартным эталонным топливом испытания. Результат сравнивался с испытанием на том же двигателе, заправленным ДТ EN590, смешанным 200 к 1 с двухтактным маслом. На рисунке 4 содержание цинка в этом топливе составляло 0,135 ppm (0,0000135%), а дизельное топливо EN590 не содержало цинк.
На рисунке 6 показаны результаты теста на загрязнение форсунок. Обычное дизельное топливо не содержит цинк, имея практически нулевые потери потока при испытании. Испытательное топливо, в которое искусственно введено до 1 ppm (0,0001%) цинка (показано на рисунке 4), обычно приводит к потере около 6% потока при аналогичном испытании.
Результаты показывают, что расход топлива уменьшается на 2% в течение 16-часового испытания двигателя на дизельном топливе с двухтактным маслом. Потеря мощности двигателя составляет 2%. Этот результат неудивителен, поскольку даже малые количества цинка могут вызывать загрязнение форсунок современных двигателей.
Отложения различного происхождения образуются постепенно с течением времени. Иногда, не имея прочной связи с форсункой, они могут отрываться под действием потока топлива и теплового сжатия. Поэтому в тестовой процедуре двигатель останавливался и охлаждался через 8 часов перед повторным запуском. Это объясняет увеличение расхода топлива в 8-часовой средней точке теста.
Отложения на основе металлов (например, цинка) очень прочно связываются с соплом форсунки и непрерывно накапливаются. Они постоянны и не удаляются при холодном запуске. Из этого следует, что регулярное использование двухтактного масла в дизеле может привести к значительному загрязнению форсунок в течение срока службы двигателя.
Кроме того, в современных автомобилях с системами очистки выхлопных газов в дизельном сажевом фильтре (DPF) накапливаются цинковые и другие несгораемые металлические загрязнители, блокируя его с течением времени.
Выхлопные выбросы
Работа двухтактных бензиновых двигателей связана с чрезмерным выбросом выхлопных газов и видимым синим дымом. Чтобы количественно оценить влияние двухтактного масла на состав выхлопных газов в дизельном двигателе, были проведены испытания выхлопных выбросов в соответствии с NEDC (новым европейским циклом езды на вышеописанном динамометрическом стенде двигателя автолаборатории Sasol.
Выбросы выхлопных газов товарного дизеля сравнивались со смесью того же топлива с двухтактным маслом (пропорция 200:1). Испытание повторяли три раза для каждого образца топлива и сравнивали средние результаты.
Исследование показало, что двухтактное масло оказало незначительное влияние на все допустимые выбросы (угарный газ, углеводороды, оксиды азота и твердые частицы — черный дым). Также не было никаких признаков видимого дыма. Расход топлива в течение испытательного цикла не изменился.
Это соответствует ожиданиям, поскольку двухтактное масло — это легкое масло, схожее свойствами с дизельным топливом. Небольшие количества 2Т масла не оказывают заметного влияния на выбросы дизельного двигателя.
Продолжение статьи здесь: