Нанотехнологии. Правда и вымысел
Шрифт:
Таблица 13. Результаты безразборного восстановления работоспособности отечественной автомобильной техники
Примечание. Кд – средняя компрессия в цилиндрах до применения препарата; Кп – средняя компрессия в цилиндрах после применения препарата.
Таблица 14. Характеристика нанопрепаратов для моторного масла
Топливные нанопрепараты
«Расходы на топливо для машин, считающихся у нас в России десятками миллионов, заслуживают самого серьезного внимания. Причиной увеличения расхода топлива на 5-10 % могут стать
Ремонтно-восстановительные препараты для моторного топлива на основе нанотехнологий в основном применяются для повышения эксплуатационных и экологических качеств бензина и дизельного топлива, а также для профилактической очистки систем подачи топлива (карбюраторов, инжекторов, форсунок, топливопроводов), впускных клапанов двигателей, систем выпуска отработавших газов (каталитических нейтрализаторов). Мероприятия, направленные на повышение этих свойств, объединены в понятия «химмотология» и «автохимический тюнинг» топлива или двигателя.
Один из основных показателей качества топлива – его удельная теплота сгорания, которая у любого углеводородного топлива не превышает 44 МДж/кг (10,5 тыс. ккал/кг). Для повышения других показателей качества топлива применяются различные добавки, которые направлены на повышение октанового (октан-корректоры) и цетанового (цетан-корректоры) числа, снижение токсичности и дымности выхлопных газов, а также (частично) на ослабление коррозионных процессов.
Повышение эксплуатационных свойств различных видов топлива может быть достигнуто путем введения различных металлсодержащих добавок. При этом большое значение имеет дисперсность частиц металла: чем они меньше, тем эффективнее их применение. Это открывает серьезные перспективы в использовании металлических наноматериалов в качестве добавок к различным видам топлива. Полезный эффект достигается также при применении в составе добавок современных моющих компонентов, химических нанокатализаторов и регуляторов горения топлива. Чаще используют многокомпонентные композиции, при этом каждый компонент выполняет свою функцию. Для повышения эффективности сгорания дизельного топлива можно использовать многокомпонентную композицию, в состав которой в качестве одного из компонентов входят соли магния, кальция, марганца, меди или алюминия, в качестве другого – различные поверхностно-активные вещества, а в качестве третьего – стабилизирующие и солюбилизирующие (растворяющие) компоненты, которые способствуют хорошей растворимости композиции в дизельном топливе.
Среди различных присадок к дизельным видам топлива определяющее значение имеют присадки, которые способствуют окислению топлива и его самовоспламеняемости при оптимальном цетановом числе, что оказывает существенное влияние на пусковые свойства дизеля.
Таким образом, наиболее распространенный и эффективный способ снижения содержания твердых частиц в выхлопных газах, образующихся при работе дизельных двигателей, – использование композиционных антидымных присадок, содержащих ионы марганца и меди с карболовыми и дикарбоновыми кислотами.
Один из путей уменьшения вредных выбросов в отработавших газах автомобиля – введение в моторное топливо наноразмерных частиц оксида церия. Соответствующая технология Fuel Borne Nanocatalyst разработана английской фирмой Oxonica при Оксфордском университете. Специалисты фирмы создали добавку в топливо Envirox, представляющую собой наноразмерные частицы оксида церия в органической основе. Находясь в составе топлива, эти частицы обеспечивают более полное сгорание углеводородов и уменьшение вредных выбросов. Рабочая концентрация оксида церия в топливе – пять миллионных долей на литр, то есть на железнодорожную цистерну топлива достаточно 150200 г нанопорошка. Эффект от применения добавки Envirox – экономия топлива до 10–15 % и резкое снижение содержания оксидов азота. Филиппинская топливная компания Independent
Philippine Petroleum Co. с марта 2005 года производит и реализует экологически чистое топливо Diesel Premium Plus.
Аналогичные работы по изучению каталитических свойств наночастиц оксидов церия и циркония ведутся в Брукхейвенской национальной лаборатории Управления энергетических исследований и разработок США. В марте 2006 года на очередном Национальном семинаре Американского химического общества было показано, что наночастицы оксидов, попадая на поверхность каталитического конвертера, действуют как буфер, поддерживающий каталитическую эффективность на одном и том же уровне независимо от режимов работы двигателя.
Многие европейские производители (в том числе Daimler Chrysler AG, BASF AG, Iveco S.pA., Total SA, Renault Trucks, Volvo Trucks) выступили с совместным заявлением об участии в проекте SCR (разработке селективной каталитической очистки выхлопных газов – Selective Catalytic Reduction ). В катализатор добавляется аммиак, превращающий оксиды азота в азот (основу воздуха) и водяной пар. Вероятно, для соответствия строгим нормам стандарта Euro-4 будет использована именно технология SCR , хотя для этого потребуется модернизация всей автозаправочной инфраструктуры мира.
Технология SCR с реагентом AdBlue (рис. 69) идеально сочетает экологические требования и экономичность. Она уже используется в пределах всей Европы, поскольку:
• применима к дизельным топливам разного качества;
• не требует специального обслуживания и рассчитана на весь срок службы автомобиля;
• никак не сказывается на интервалах между техобслуживанием и заменой масла;
• обеспечивает снижение расхода топлива на 2–5% по сравнению с аналогичными автомобилями, соответствующими стандарту Euro-3;
• увеличивает дальность пробега автомобиля при условии, что он оборудован баком для AdBlue соответствующей вместимости.
Рис. 69. Схема применения технологии SCR с реагентом AdBlue на бензиновом двигателе
Реагент AdBlue – это жидкость, необходимая для использования технологии SCR. Он представляет собой высококачественный стандартизованный раствор мочевины на водной основе, который заправляется в специальный бак и не доставляет никаких дополнительных проблем водителю. Сама технология проста: AdBlue автоматически подмешивается к горячему потоку отработавших газов, в котором содержатся ядовитые окислы азота, а катализатор SCR преобразует эту смесь в безвредный азот и водяной пар.
Реагент AdBlue уже производится в шести странах Европы. Его выпускают ведущие европейские производители карбамида, которые совместно с партнерами по реализации организуют широкую сеть заправочных станций в Европе.
Специалисты российско-американской компании «Лаборатория триботехнологии» предложили новый оригинальный путь снижения эмиссии вредных примесей в отработавших газах. По их предложению, полезный эффект достигается за счет использования растворимых в моторном топливе производных мочевины вместе с наноразмерными частицами диоксида церия. Новая технология, которая получила название Urea & NanoCatalyst in Fuel, не предусматривает внесения изменений в конструкцию топливной аппаратуры двигателя внутреннего сгорания и в способ заправки на автозаправочных станциях.
Фирмой разработан специальный препарат FaberOx, представляющий собой дисперсию нанокапсулированного диоксида церия в органическом растворе производных мочевины, который добавляется непосредственно в топливо любого типа. На основе этих разработок получены и поставлены на рынок автохимии специальные препараты. Среди них нанотюнинговая добавка Fenom Street Racing к бензину, которая способствует увеличению мощности, снижению расхода топлива и токсичности выхлопа, очищает топливную систему, стабилизирует работу двигателя. Эффект достигается за счет действия органических и неорганических нанокомпонентов добавки, повышающих эффективность горения топлива и его моющие качества.
Препараты компании «Лаборатория триботехнологии», разработанные на базе нанотехнологий к бензину и дизельному топливу (для «тюнинга топлива»), например Fenom NanoTuning, Fenom Street Racing и Fenom Cetane-Number Booster, содержат химические нанокатализаторы и регуляторы горения топлива, что способствуют улучшению эксплуатационных свойств топлив.
Эффективность мероприятий автохимического тюнинга также зависит от начального технического состояния автомобиля, применяемого препарата и технологии введения добавок, качества проведения ремонтно-восстановительных работ и ряда других причин.
Среди разработок фирмы «Лаборатория триботехнологии» в области нанотехнологий следует назвать наноочистители. Наноочиститель инжекторов бензинового двигателя Fenom Injector Nanocleaner предназначен для очистки инжекторной системы подачи топлива от нагара и отложений, удаления губчатых образований с впускных клапанов, нагара со стенок камеры сгорания и очистки свечей зажигания. Он способствует легкому запуску и хорошей приемистости двигателя, снижению износа и защите от коррозии деталей, более полному и «чистому» горению бензина – снижению его расхода и уменьшению токсичности выхлопа.
Наноочиститель форсунок дизеля Fenom Diesel Injector Nanocleaner служит для очистки распылителей форсунок, камеры сгорания от нагара и углеродистых отложений, очистки топливной аппаратуры. Он также способствует легкому запуску, восстановлению распыла топлива, повышению мощности и динамики дизеля, снижению износа и защите от коррозии деталей топливного насоса высокого давления и форсунок дизельного двигателя, более полному и «чистому» горению топлива, снижению его расхода и уменьшению токсичности и дымности выхлопных газов.
Оба препарата совместимы с нейтрализаторами отработавших газов. Эффект от их введения достигается за счет действия высокоэффективных моющих компонентов, модификатора трения и нанокатализатора горения.
Наноочиститель каталитического нейтрализатора выхлопных газов Fenom Catalytic Converter Nanocleaner создан для очистки и восстановления каталитической активности нейтрализаторов выхлопных газов бензиновых двигателей, а также электродов кислородного датчика (лямбда-зонда). Он способствует повышению приемистости двигателя, снижению расхода топлива и токсичности выхлопа, увеличению срока службы нейтрализатора.
В целом все нанокаталитические добавки (присадки) к бензину и дизельному топливу очищают детали, каналы топливных систем, нейтрализаторы выхлопных газов, повышают энергоэкономические показатели двигателей за счет применения современных моющих компонентов, химических нанокатализаторов и регуляторов горения топлива.
Как показывают результаты лабораторных исследований и эксплуатационных испытаний, применение РВП позволяет получить результат, сравнимый по величине с эффектом от использования специальных методов спортивной доводки двигателя – доработки каналов в головке блока цилиндров, изменения фаз газораспределения, уменьшения сопротивления фильтров и т. д. Например, на серийном автомобильном двигателе без каких-либо конструкторских доработок можно получить прирост мощности на 5–7 л.с. (3–5 кВт), экономию расхода топлива и смазочных материалов на 5-10 % и ряд других положительных характеристик.
Для получения наилучшего эффекта при применении РЭП при безразборном сервисе необходимо строго соблюдать требования производителей препаратов во избежание негативных последствий. При этом необходимость того или иного воздействия оценивается на основании результатов технической диагностики обрабатываемых узлов и агрегатов машин и механизмов.