Часть 1. Про системы очистки отработавших газов
Часть 2. Как зольность влияет на TWC, DPF и др системы очистки отработавших газов?
По-моему, производители масел уже запутали людей с этой зольностью.
Это масло с пониженной зольностью, вроде все понятно написано: зола откладывается в нейтрализаторах и сажевиках, поэтому в данном масле ее мало и поэтому оно самое подходящее вашей любимой машине.
Но читаем описание другого масла – полнозольного:
… и оно тоже для самых-самых современных двигателей, оснащенных самыми настоящими системами нейтрализации тех же самых ОГ… (!)
И какое выбрать, если например в мануале написано лить масло ACEA A3, но при этом точно известно, что в машине есть нейтрализатор ОГ? Или распространенный вопрос: рекомендуются масла с допуском VW 502, а они бывают и полнозольные, и малозольные – и какое взять? Или в машине есть сажевик DPF, можно ли использовать полнозольные масла?
Смогу ли я убедительно ответить на эти вопросы, но попробую. Ибо не хотелось бы, чтобы люди искали эти ответы где-нибудь на форумах или у продавцов.
Итак, в предыдущей записи приведена информация, как устроены системы очистки ОГ, что эти системы не вечны и существует три основных механизма снижения их эффективности:
-термическое разрушение
-химическое
-механическое
Нас сейчас интересует химическое воздействие. Поэтому «здравствуйте, садитесь, начинаем очередной урок химии».
Зольность – это содержание в масле минеральных солей, точнее количество «золы» в процентах по массе, которая образуется, если выпарить масло при 600 град. Эта «зола» содержит соединения серы, фосфора, цинка и других металлов и неметаллов.
Сера – один из главных врагов для всех компонентов систем очистки, она присутствует в ОГ в виде сульфатов, сульфидов, оксисульфидов, SO2, SO3. Последние два реагируют с оксидами алюминия на поверхности нейтрализатора с образованием сульфатов алюминия, что уменьшает активную площадь нейтрализатора. Также соединения серы могут восстанавливаться до сероводорода, который реагирует с металлами нейтрализатора и мешает окислению HC.
В накопительных нейтрализаторах другие температурные и химические условия, но – та же проблема образования сульфатов и возможная реакция с водой:
Фосфор – тоже один из известных «катализаторных ядов». Его соединения находят в отработавших нейтрализаторах в виде твердых и аморфных фосфатов цинка, магния, кальция, а также в виде цинка пирофосфата. Откуда они берутся? В основном, благодаря содержанию в моторных маслах противоизносной (и не только) присадки ZDDP. Также соединения P есть в топливе.
Эти отложения, естественно, снижают площадь активной поверхности нейтрализатора или DPF.
Кроме того, соединения фосфора химически реагируют с оксидами Al и Ce и нарушают их свойства:
Но на данный момент нельзя полностью исключить содержание соединений серы и фосфора в ГСМ, поэтому возникают следующие вопросы:
Если нейтрализатор не вечен, то на сколько км рассчитана жизнь нейтрализатора?
Сколько серы и фосфора способно «убить» нейтрализатор?
Ответы можно найти в ряде исследований на эту тему – и их, кстати говоря, немало! Особенный бум таких исследований пришелся на середину 2000х.
В статье итальянско-испанских исследователей от 2005 года есть приблизительный ответ на первый вопрос:
Кстати, американские требования более строгие:
В этом же итальянско-испанском исследовании сравнили «чистый» нейтрализатор и нейтрализатор, отработавший в машине Ford Fiesta 1.4 60 тыс. км. www.uam.es/personal_pas/txrf/AppSurface_1.pdf
…и обнаружили скопление соединений фосфора, в большей степени в начальных отделах нейтрализатора. При этом эффективность работы нейтрализатора снизилась в среднем на 20-60% за 60000км, особенно это коснулось деактивации NO
Это же подтверждается в других исследованиях:
Далее Virpi Kröger в рамках диссертации приводит интересные данные:
3,5% фосфора это много или мало? 0,4%? Трудно сказать, но еще в 1985 г Joe с соавт. показали, что 0,4% фосфора уже снижает эффективность нейтрализатора.
К сожалению, в приведенных исследованиях не указано, на каком топливе и на каком масле отъездили машины. Судя по дате публикации – вероятно, масла были API SL или SM, т.е. с содержанием фосфора менее 0,1%.
Посчитаем, сколько теоретически фосфора может попасть в нейтрализатор за 161 тыс км пробега (почему именно такая цифра поймете ниже).
Допустим, масло Х содержит 0,1% фосфора, т.е. при плотности масла 850 г/л в 1л 0.85 г фосфора. При угаре 1л на 10000км в трубу улетит 0.85*16,1=13.7г. А в реальной жизни?
На этот счет есть одно очень интересное исследование, проведенное специалистами Ford Motor Co, Ethyl Petroleum Additivies и Delphy: «Влияние состава масел на выхлопные газы в службе такси» (papers.sae.org/2002-01-2680/). 20 машин, 5 видов масел, все 5w30 ILSAC GF-2, с и без ZDDP, с разными детергентами или без них. Общий пробег по 100 тыс миль (161 тыс км), ежедневная работа в две смены по 12 часов и контроль каждые 7000миль пробега.
К слову, это уникальное исследование — в нем приводится содержание фосфора в граммах. 14,6г фосфора на маслах с Ca-Mg детергентами и 24,6г в маслах без детергентов.
По результатам Ford Taxi Fleet Test исследователи сделали выводы, что фосфор попадает в нейтрализаторы вследствие «улетучивания» масла, ни на одном масле не было существенного износа, при наблюдаемом уровне отложений P в нейтрализаторах снижается эффективность их работы, и зависимость прямая.
Самое значительное количество отложений и наихудшие показатели очистки ОГ обнаружены в двигателях, работавших на экспериментальном масле с ZDDP, но без детергента. К слову, это известный факт: ранее Ueda F. с соавторами показали, что Ca и Mg уменьшают негативное влияние фосфора на нейтрализаторы (Engine oil additive effects on deactivation of monolithic three-way catalysts and oxygen sensors, SAE Paper #940746, 1994).
Раз фосфор попадает в нейтрализаторы вследствие угара масла, значит необходимо ограничивать его содержание в маслах и испаряемость NOACK. Например, АPI SJ от 1996г нормировал эти параметры max 0,1% и 22% соответственно, с 2011г API SN уже 0,08% и 15% соответственно. Но не все так просто.
Во-первых, продолжаются дебаты между инженерами-масленщиками и инженерами-мотористами по поводу норм содержания ZDDP в качестве противоизносной присадки, ведь весомая доля автопарка в мире это машины с большим пробегом, в новых машинах все чаще применяются высокофорсированные двигатели с высокими нагрузками на узлы, кроме того существует тенденция к применению масел с низкой вязкостью – так что противоизносные присадки имеют и будут иметь важную роль в моторном масле.
Кстати говоря, результаты этого спора можно увидеть в допусках: API и ILSAC нормируют содержание P не менее 0,06%, Mercedes-Benz не менее 0,05%, VW не менее 0,07% для допуска 505.01 и 0,08% для 502/505 – это при общей тенденции к уменьшению доли фосфорсодержащих присадок.
Во-вторых, накоплены интересные экспериментальные данные, в частности, изложенные в статье T.W. Selby с соавт. «Phosphorus Additive Chemistry and Its Effects on the Phosphorus Volatility of Engine Oils».
В начале статьи приводятся ответы на два вопроса:
1. зависит ли потеря P во время работы масла в двигателе от его содержания в свежем масле?
2. зависит ли потеря P от испаряемости масла NOACK?
Согласно данным анализа более 1000 масел, присутствовавших на рынке в 1999-2000гг (Institute of Materials IOM):
Ответ (1) – нет
Ответ (2) – нет
Собственные исследования T.W. Selby тоже показали, что P присутствует в летучей фракции масла, но корреляции между «испарением» P и «испарением» масла в целом – нет.
Исходя из этого, было предложено ранжировать масла по летучести содержащихся в них P-присадок, а именно по т.наз Phosphorus Emission Index (PEI). PEI показывает, сколько мг фосфора улетучивается во время Selby-Noack Volatility теста на 1г свежего масла.
Результаты исследований были следующие:
— PEI коррелирует с уровнем P в нейтрализаторах, зависимость прямая.
— PEI коррелирует с уровнем эмиссии NOx, т.е. эффективностью работы нейтрализатора, зависимость прямая.
— наличие ряда других присадок может уменьшать PEI, в частности Ca, Mg
— PEI зависит от химической формы ZDDP
Раз PEI такой показательный, почему производители его игнорируют? Или он еще недостаточно исследован? и мы не все знаем?
Во всяком случае, посмотрев допуски, становится ясно, что в масляной индустрии пока еще ставится знак равенства между совместимостью масла с системами очистки ОГ и %-содержанием сульфатной золы, серы, фосфора, цинка. Это можно увидеть в таблице, которую я составил:
На самом деле знак равенства ставить нельзя, об этом говорят исследования, частично приведеннные выше. Сколько фосфора в масле это одно, а сколько его улетит это другое.
А теперь смотрим внимательнее на допуск API SN:
Phosphorus volatility! Та самая «потеря» фосфора из масла. Точнее, в данном тесте наоборот: измеряется не потеря, а остаток. Подробнее про тест Sequence III GB —
В других допусках ничего подобного я не видел. Но я надеюсь, в новых допусках неизбежно появятся тесты, похожие на Selby-Noack Volatility Test или Sequence III GB.
Вернемся к реальным примерам — в прошлой записи я приводил масло Ликви Моли, которое при своей полнозольности якобы совместимо с катализаторами:
Никакого обмана, хоть масло и полнозольное (ACEA A3), но исходя из соответствия допуску API SN, это масло не теряет фосфор килограммами. Почему тогда оговорка про DPF? Видимо, потому что, как показывают исследования, основной враг DPF это сера, а аналогичного теста для серы пока в допусках нет, только на содержание в %.
То же самое про масло Motul X-cess 5-40: допуск API SN действительно позволяет писать про совместимость с системами нейтрализации! Так что в бензиновые хоть с двумя нейтрализаторами лить можно, в дизельные с DPF — нежелательно.
Таким образом,
1) нейтрализаторы TWC есть сейчас у всех машин, кроме откровенного металлолома, и эти нейтрализаторы действительно постепенно копят в себе соединения фосфора и не копят или почти не копят соединения серы. При этом отложения к 100 тыс км пробега не достигают килограммовых залежей, но эффективность очистки выхлопных газов уменьшают в ряде случаев на несколько процентов, а в ряде и наполовину.
2) в некоторых машинах есть дополнительный накопительный нейтрализатор, который хуже регенерирует при наличии большого содержания серы в ОГ
3) для дизелей существуют разные комбинации систем очистки ОГ, при этом основной враг DPF, SCR и накопительных нейтрализаторов – сера, а враг окислительных нейтрализаторов – фосфор.
Из этого логично вытекают вопросы:
Как ограничить попадание фосфора в нейтрализаторы?
Первое – следить за технической исправностью двигателя и машины в целом. Необходимо нормальное функционирование поршневых колец, чтобы масло не попадало в камеру сгорания, адекватное сгорание топливо-воздушной смеси, адекватное охлаждение и проч.
Второе – использовать моторные масла с низкой склонностью к угару конкретно в вашей машине – косвенно об этом говорят показатели NOACK (чем меньше тем лучше) и температуры вспышки (чем больше тем лучше), но они не всегда коррелируют с угаром в конкретно вашей машине из-за особенностей режима эксплуатации и проч.факторов. Грубо говоря, нет угара – нет фосфора в нейтрализаторе.
Третье – использовать масла с допусками API SN и если нужно энергосберегающее – ILSAC GF-5, они тестируются на phosphorus volatility. Можно также использовать масла с пониженной зольностью типа ACEA C3, MB229.51 и т.п., но какой у них phosphorus volatility? Возможно ниже, чем у полнозольных, а возможно и нет, никто не сравнивал.
Четвертое – заправляться качественным бензином – в топливе тоже есть соединения фосфора
Как ограничить попадание серы в DPF, накопительные нейтрализаторы, SCR и им подобные?
Первое – опять же следить за технической исправностью двигателя и машины в целом.
Второе – опять же заправляться качественным топливом: если содержание серы в маслах может отличаться не более чем в 1,5-2 раза, то в топливе в десятки раз!
Третье – опять же использовать моторные масла с низкой склонностью к угару – угару в конкретно в вашей машине.
Четвертое – использовать моторные масла с низким содержанием серы. При этом малозольное не равно малосерное, некоторые полнозольники тоже содержат в себе мало серы. Но не у всех есть возможность сделать анализ в лаборатории (да и не надо), а требования допусков по содержанию серы см в табличке выше. Т.е. если выберете среднезольные масла ACEA C3, Dexos2, MB 229.31, 229.51 и 229.52, BMW LL-04, то серы в них точно меньше. Именно поэтому для дизелей с DPF рекомендуются масла данных допусков.
Четвертое – периодически ездить более 100км/ч по трассе, чтобы были условия для регенерации нейтрализаторов. И избегать другой крайности — коротких поездок, когда образуется конденсат и SO3 превращается в H2SO4.
И еще, вместо P.S. – ИМХО. Нет смысла спрашивать какое масло лучше Х или Y? Малозольное или полнозольное? Логичнее спрашивать, а какой ZDDP в них используется, 2-метил-4-пентанол или 2-этил-гексанол? или другой? И с каким соотношением Zn:P? Как у этих масел с phosphorus volatility? Скорее всего вам никто не ответит на эти вопросы, равно как нет особого смысла искать правильного ответа на форумах или в магазинах, если вы не умеете отличать псевдопрофессионалов от профессионалов. Вот в анализе масла X фосфора 950ppm, а в масле Y – 750ppm, что напишут на форуме? Один напишет, что первое зачетное т.к. лучше противоизносные свойства, а другой напишет, что фосфор откладывается там где не надо и чем его меньше тем лучше. И оба будут частично правы, но в целом неправы, т.к. не знают точный состав обоих масел и возможных взаимодействий между компонентами. Так что в выборе моторных масел самое правильное пожелание – остерегайтесь подделки! И в прямом смысле, и в философском – ведь мы живем в эпоху подделки информации.
Для благодарных читателей визитка
© пециально для DRIVE2.RU
© Lefravi 2015, update 2017