Экология "Законодательное регулирование применения моющих присадок в автомобильных бензинах"


Проблемы экологии для Москвы, как для любого мегаполиса с высокой концентрацией автотранспорта, являются очень актуальными. Правительство российской столицы принимает меры, направленные на оздоровление экологической обстановки. Одной из таких мер является принятие постановления Правительства Москвы № 952-ПП от 28 декабря 2004 г., в соответствии с которым все высокооктановые автомобильные бензины, реализуемые в городе, с 1 января 2006 года должны содержать моющие присадки.

 

Моющие присадки для автомобильных бензинов были разработаны фирмой Chevron в 1954 году, но широкое распространение они получили с введением принудительной системы вентиляции картера. Замкнутая система вентиляции картера явилась одним из реальных средств, снижающих загрязнение атмосферы, но с её введением возникли новые проблемы – резко увеличилось образование смолистых отложений в карбюраторе и его обледенение. Многие изменения, вносимые в конструкцию двигателя с целью повышения мощности, снижения расхода топлива и токсичности выбросов (рециркуляция отработавших газов, применение принудительного впрыска топлива), также усиливают тенденцию к образованию отложений на элементах силового агрегата.

Наиболее интенсивное образование отложений происходит в жиклёрах и на дроссельной заслонке карбюратора, в инжекторах и на впускных клапанах. Основными источниками отложений являются бензин, смазочное масло, а также картерные и отработавшие газы. Образование отложений на указанных деталях приводит к нарушению первоначальной регулировки двигателя и, как следствие, к увеличению расхода топлива, снижению мощности и возрастанию токсичности отработавших газов. Современные двигатели ещё более чувствительны к образованию отложений. Даже малое их количество в системе топливоподачи или в камере сгорания может разрегулировать работу двигателя.

Влияние моющих присадок на эксплуатационную экономичность работы двигателя и токсичность отработавших газов доказано многими работами и испытаниями, проведенными не только за рубежом, но и в России. Применение современных моющих присадок обеспечивает уменьшение отложений в карбюраторе в среднем на 60 %, на впускных клапанах – на 70 %, сокращает расход топлив на 3 %, снижает содержание СО и углеводородов в отработавших газах. Это, в свою очередь, позволяет повысить надёжность работы топливной аппаратуры, увеличить срок службы, снизить затраты на техническое обслуживание автомобиля. Моющие присадки способны также уменьшить образование нагара в камере сгорания, тем самым снижая требования двигателя к октановому числу бензина.

Последовательное снижение выбросов вредных веществ на 70 %, провозглашённое Европейской директивой 98/70/ЕС, дало новый толчок к производству и применению присадок в моторных топливах. Кроме нормирования показателей, обеспечивающих экологические свойства топлив, важным аспектом директивы 98/70/ЕС является последовательное ужесточение экологических требований к автомобильным двигателям. Теперь автомобиль должен оставаться «чистым» в течение всей жизни, а его экологические характеристики – быть стабильными на протяжении пробега в 100 тыс. км. Сохранение экологических характеристик автомобиля в процессе эксплуатации невозможно при работе на автомобильном бензине без применения специальных присадок, в частности моющих и многофункциональных, так как существующие технологии производства автомобильных бензинов не позволяют обеспечить требуемый уровень эксплуатационных свойств по чистоте топливной системы.

Очевидно, что проблема снижения вредных выбросов автотранспортом должна решаться комплексно в связке «автомобиль – топливо». Поэтому мировые производители подвижного состава напрямую обращаются к производителям топлив и составляют спецификации для горючего. Рекомендации заводов по выпуску техники к качеству моторных топлив, и в частности автомобильных бензинов, изложены во «Всемирной топливной хартии» (WWFC). Она принята мировыми производителями автомобилей в 1998 году и является динамично развивающимся документом, который изменяется по мере совершенствования конструкции двигателей, изменения экологического законодательства, технологии производства топлива и др. В августе 2005 года опубликована её четвёртая редакция. WWFC установлены четыре категории топливных рынков. Требования к качеству топлива для этих категорий различны и зависят от уровня нормирования выбросов. Топливо категории 1 предназначено для регионов, где отсутствуют  или  действуют  минимальные ограничения выбросов, а основное внимание уделяется эксплуатационным характеристикам автомобилей и двигателей. Самые жёсткие требования предъявляются к топливу 4 категории, которое предназначено для использования в регионах с ужесточённым нормированием выбросов, требующих применения сложных систем дополнительной обработки (NO)х и твёрдых частиц в выхлопах.

Помимо общих показателей качества автомобильного бензина WWFC устанавливает требования к чистоте карбюратора, топливных форсунок, впускных клапанов и камеры сгорания. Эти требования могут быть обеспечены только за счёт применения моющих и многофункциональных присадок.

Необходимо отметить, что WWFC является документом, принятым производителями техники, и приведённые в ней нормы носят рекомендательный характер.

Одной из первых стран, где обязательное добавление моющих присадок в автомобильные бензины закреплено законодательно, являются США. В соответствии с «Законом о чистом воздухе» с  января 1995 года все автомобильные бензины, применяемые в США, должны содержать моющие присадки. Однако критерии оценки эффективности присадок были приняты только в августе 1997 года. Американским агентством по защите окружающей среды (ЕРА) были установлены нормы по склонности бензина к образованию отложений на впускном клапане (IVD) и чистоте топливной форсунки (PFI) (см. таблицу). Согласно требованиям ЕРА присадки, вводимые в бензины, должны быть сертифицированы. Тестирование присадок при сертификации проводится по методу АSТМ D 5500 в контрольном топливе установленного состава. На этом топливе минимальное количество отложений на впускном клапане должно составлять не менее 290 мг/клапан после 10000 миль пробега. После испытаний топлива с присадкой IVD не должно превышать 100 мг/клапан. При сертификации присадки оценивается также её способность поддерживать в чистоте топливные форсунки по методу АSТМ D5598. Снижение пропускной способности топливной форсунки после 10000 миль пробега не должно превышать 5 %.

Известно, что в США кроме общих норм ЕРА к качеству автомобильных бензинов действуют требования Калифорнийского Совета по воздушным ресурсам (САRВ), которые распространяются на регионы с повышенной концентрацией транспорта. По сравнению с общеамериканскими нормами Калифорнийский совет предъявляет более жёсткие требования как к качеству топлив, так и к эффективности моющих присадок. Критерии оценки склонности бензинов с моющими присадками к образованию отложений на элементах двигателя, установленные САRВ, приведены в таблице. Кроме нормирования IVD и PFI при испытаниях по правилам САRВ оценивается также влияние присадки на склонность топлива к образованию нагара в камере сгорания.

Различны и правила сертификации присадок по правилам ЕРА и САRВ. Так, согласно правилам ЕРА, при появлении на рынке присадка тестируется в контрольном топливе по методам, описанным выше, далее она может использоваться во всех бензинах. По правилам САRВ сертификации подлежат бензины с присадками всех производителей, т. е. нефтеперерабатывающий завод регистрирует топливную композицию (бензин с присадкой). Для испытаний должен быть использован реальный заводской бензин, качество которого не может отличаться от предельного уровня более чем на 20 %.

Несмотря на то, что нынешние моющие свойства бензинов, вырабатываемых в США, отвечают требованиям ЕРА, автомобилестроители призывают нефтепереработчиков к добровольному ужесточению стандартов. В 2004 году несколько крупных автомобилестроительных компаний выразили свою озабоченность по поводу низкого содержания моющих присадок в автомобильных бензинах. Новые требования, выработанные производителями автомобилей (ВМW of Nord America, GMC, Honda и Тоуоtа), введены в действие 3 мая 2004 года и получили название ТОР ТIER (см. таблицу). Приведённые нормы превышают требования ЕРА и являются добровольными. Согласно программе ТОР TIER сертификации должны подвергаться все марки бензинов во всех торговых зонах. Оценка склонности бензина и бензина с присадкой к образованию отложений на впускном клапане и нагара в камере сгорания проводится по методу АSТМ D 6201. Минимальный уровень количества отложений на впускном клапане (IVD) при испытаниях на базовом топливе должен составлять не менее 500 мг/клапан. Добавление в бензин присадки должно обеспечить снижение IVD как минимум до 50 мг/клапан. Количество нагара в камере сгорания на бензине с присадкой не должно превышать 140 % по отношению к базовому топливу. Пропускная способность инжекторов оценивается по методу GM 4.3-L V6.

В европейских спецификациях на автомобильные бензины требования по обязательному добавлению в них моющих присадок отсутствуют. В то же время ЕN228 допускает добавление в автомобильные бензины присадок, улучшающих их эксплуатационные свойства, в том числе и моющих. Несмотря на отсутствие законодательного регулирования, в Европе моющие и многофункциональные присадки широко применяются. Многие европейские производители для обеспечения конкурентоспособности добровольно улучшают потребительские свойства топлив за счёт применения моющих присадок. По данным фирм-производителей, от 60 до 90 % европейских бензинов содержат такие присадки. Причём Технический комитет производителей присадок в Европе (АТС) не видит необходимости в законодательном нормировании применения топливных присадок, так как законодательное регулирование по эффективности уступает рыночному. Опыт применения таких присадок в США показал, что при переходе на законодательное регулирование их содержание уменьшается по сравнению с оптимальным.

Российские спецификации на бензины, так же как и европейские, допускают добавление в автомобильные бензины присадок, улучшающих их эксплуатационные свойства, в том числе и моющих, но их применение не закреплено законодательно. Постановлением правительства РФ от 12.10.2005 года утверждён специальный технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ». В приложении к этому регламенту наряду с другими характеристиками топлива, обеспечивающими выполнение технических требований к автомобильной технике, введён показатель «Отложения на впускных клапанах и камере сгорания», однако конкретные нормы отсутствуют.

Несмотря на всю важность применения моющих присадок, установление норм по склонности всех товарных бензинов к образованию отложений в двигателе в настоящее время не только преждевременно, но и невозможно, так как все методы, применяемые в мире при тестировании присадок, являются сравнительными, т. е. эффективность присадки оценивается в сравнении с базовым топливом.

Российские производители автомобильной техники с завидным упорством навязывают производителям топлива нормы, а вместе с ними и метод оценки склонности товарных бензинов к образованию отложений во впускной системе двигателя, базирующийся на двигателе автомобиля «Ока». Предлагаемый метод не имеет метрологической аттестации, не говоря о статистической обоснованности установленных норм. Даже АТС, располагая значительными возможностями и опытом в применении и испытаниях топливных присадок, считает возможным законодательное нормирование моющих присадок только после обсуждения и решения следующих вопросов:

- стандартизация методов испытаний, которые были бы представительными для реальных мировых условий;

- нормы, устанавливаемые при стендовых испытаниях, должны быть статистически обоснованы соответствующими испытаниями топлив;

- подготовка и проверка сертификационных лабораторий.

Если в европейской документации отсутствуют нормы, возникает вопрос: каким же образом определяются оптимальные концентрации моющих присадок?

Дозировка присадки зависит от марки топлива и требуемого уровня свойств, который определяет фирма-производитель, исходя из маркетинговых соображений. После того, как этот уровень установлен, оптимальная концентрация присадки определяется путём сравнительных стендовых испытаний. Информация о пакете присадок и их концентрации, как правило, является «ноу-хау» производителей топлив. Согласно рекомендациям фирм-производителей оптимальные концентрации присадок составляют 0,04-0,08 %. Для сравнения отметим, что в американские бензины моющие присадки добавляются в концентрациях 0,01-0,02 %.

Надо отметить, что в России также имеется опыт применения отечественных моющих присадок в составе автомобильных бензинов. В ПО «Норси» было организовано производство многофункциональной присадки «Афен», затем её модификации «Автомаг». Автомобильные бензины, содержащие присадку «Афен» и «Автомаг», также вырабатывались в ПО «Норси».

С целью снижения негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду в стране на разных уровнях реализуются различные программы. В некоторых регионах России были приняты решения о производстве автомобильных бензинов с моющими присадками. Так, согласно постановлению мэра Москвы с 1998 г. все бензины, применяемые в Москве, должны были содержать моющие присадки. Однако эти решения не были реализованы. В настоящее время нефтеперерабатывающими предприятиями автомобильные бензины с моющими и многофункциональными присадками не вырабатываются, хотя ряд заводов имеют допуски МВК на их производство.

Для обеспечения выполнения постановления Правительства Москвы № 952-ПП ВНИИ НП проведены работы по подбору моющих и многофункциональных присадок для ряда нефтеперерабатывающих предприятий, поставляющих бензины в Москву. Проведённые исследования и испытания показали существенное улучшение моющих свойств бензинов при добавлении в них отечественных и зарубежных присадок. На основании положительных результатов испытаний МВК допущены к производству и применению на автомобильной технике ряд бензинов с присадками «Керопур 3430 N» (БАСФ) и отечественной «АлькорАВТО». В настоящее время проводятся испытания автомобильных бензинов производства Куйбышевского, Сызранского, Рязанского и Ангарского НПЗ, содержащих многофункциональные присадки.

Таким образом, на сегодняшний день в России имеется необходимая нормативно-техническая и технологическая база, позволяющая обеспечить выпуск товарных автомобильных бензинов с моющими присадками, соответствующими современным европейским требованиям. Остаётся надеяться, что Правительство Москвы в этот раз пойдёт до конца, решение об использовании в городе бензинов только с моющими присадками будет реализовано и воздух Москвы станет чище.

 

Таблица

Требования американского законодательства и производителей

техники к чистоте топливной системы

 

 

Контролируемые показатели

ЕРА

CARB

TOP TIR*

1. Чистота топливной форсунки (РFI), не более:

-   по методу АSТМ D 5598, % снижения пропускной
способности

-   по методу GМ 4.3-L V 6 (SCPI)

2. Чистота впускных клапанов: количество отложений (IVD), мг/клапан, не более:

-   по методу АSТМ D 5500

-   по методу АSТМ D 6201

3. Нагар в камере сгорания

(СCD), не более:

- по методу АSТМ D 5500, мг/цилиндр или

% к базовому топливу

- по методу АSТМ D 6201,

% к базовому топливу

 

 

 

 

5

 

 

-

 

100

-

 

 

 

 

 

-

-

 

 

-

 

 

 

 

5

 

 

-

 

50

-

 

 

 

 

 

1300

140

 

 

-

 

 

 

 

-

 

 

одного загрязнённого инжектора

 

 

-

50

 

 

-

-

 

 

140

    *показатели являются рекомендуемыми.

 

Е.А. НИКИТИНА,

В.Е. ЕМЕЛЬЯНОВ (ОАО «ВНИИ НП»),

С.В. АНДРЕЕВ (ЗАО «БАСФ»)