Газ, моторы, масло
О нашей теме
Эта статья планировалась как сугубо «масляная». Хотелось поговорить о маслах для газового двигателя. Но опыт общения подсказывает, что у некоторой части наших сограждан нет четкого представления о видах газового топлива и типах газовых двигателей. Они часто путают сжиженный нефтяной и сжиженный природный газ, не знают, что такое конвертированный дизель и т. д.
Словом, нужна систематизация терминологии и основных понятий. С нее и начнем. А там и до масла доберемся.
О газификации транспорта
Автомобиль на газе – тема давняя. За последние 10–15 лет автор этих строк побывал на множестве «газовых» конференций и семинаров. Из года в год солидные люди оглашали ужасающие цифры вредных выбросов автотранспорта. Прогнозировали, что будет в «две тысячи таком-то году». Пугали, что запасы нефти не вечны, а потому надо искать альтернативное топливо. Радовались: «но зато в России полно природного газа, а потому…». И так далее в разных вариациях.
Кто бы возражал? Но давайте, наконец, переходить к делу. И вот в 2013 году за газификацию транспорта взялись по-взрослому. Прозвучала четкая постановка задачи: не менее половины общественного транспорта страны перевести на газовое топливо. И начались пресс-конференции и презентации. На автомобильных выставках стали популярными грузовики, работающие на метане, газовые двигатели и городские автобусы с газобаллонным оборудованием.
Действительно, запасы нефти на Земле невелики, зато природного газа хватит надолго. Одни аналитики говорят, на 200 лет, другие – на 400. Проверить эти цифры на практике невозможно – столько не живут. Поэтому нам подойдут оба варианта. Одно бесспорно: в России сосредоточено примерно 40–45% разведанных газовых месторождений. И это радует.
О нефтяном газе
Одно время у наших водителей был очень популярен пропан-бутан. Этот газ – не природный, а «рукотворный», побочный продукт переработки нефти, смесь пропан-бутановых фракций. Не имеет цвета и запаха, поэтому для обнаружения утечек в него добавляют пахучие вещества – одоранты. Кстати, пропан-бутан тяжелее воздуха, при утечках скапливается в низких местах.
Пропан-бутан хранится в баллонах в жидком состоянии. Давление в баллоне зависит от температуры и при 45 °С достигает 16 атмосфер. По экологичности этот газ превосходит бензин, но уступает метану.
Официальное название пропан-бутана – СНГ (сжиженный нефтяной газ). Зарубежная аббревиатура – LPG (Liquified Petroleum Gas);
Внимание! Не следует путать сжиженный нефтяной (LPG) и сжиженный природный газ (LNG), о котором сказано ниже. Это разные виды голубого топлива!
О природном газе
Природный газ – это практически чистый метан, простейший насыщенный углеводород, газ без цвета и запаха. Для обнаружения утечек в него также добавляют одоранты. Метан легче воздуха, при утечках улетучивается и поэтому не так взрывоопасен, как пропан-бутан.
Экологичен, поскольку при сгорании моновещества (метана) образуется гораздо меньше вредных веществ, чем при сгорании нефтяного газа.
Для использования в качестве моторного топлива сжимается на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) до 200 атмосфер и под этим давлением закачивается в баллоны автомобиля. По мере расходования газа давление в баллоне падает.
Сокращенно сжатый метан именуется КПГ (компримированный природный газ). Зарубежное название – CNG (Compressed Natural Gas).
Но природный газ может храниться и в сжиженном виде. У нас его называют СПГ (сжиженный природный газ), за рубежом – LNG (Liquified Natural Gas).
Использовать сжиженный природный газ выгоднее, чем сжатый. Причина проста – его можно взять в дорогу гораздо больше. Так, LNG увеличивает пробег тяжелого магистрального грузовика вдвое.
О преимуществах газа
Автомобили, работающие на газе, дешевле в эксплуатации и экологичнее, чем их бензиновые и дизельные собратья. Например, при использовании природного газа выбросы оксида углерода CO снижаются на 93%, а оксидов азота NOx – на 33%.
Октановое число у газового топлива выше, чем у бензина. У метана оно равно 115 единиц ОЧИ (RON), у пропана – 110, у бутана – 95. Следовательно, газовый двигатель может иметь более высокую степень сжатия, детонация ему не страшна.
О газовых двигателях
По словам нашего консультанта Владислава Лукшо, эти моторы можно поделить на три группы. К первой принадлежат обычные бензиновые ДВС, оснащенные газовой аппаратурой. Они могут работать как на газе, так и на бензине. Двигатели «газелей» и «жигулей», переделанные «под газ» – все это первая группа.
Ко второй группе относятся серийные дизели, переделанные под газодизельный цикл. В цилиндры этих моторов подается не воздух, а газовоздушная смесь. В конце такта сжатия, как в обычном дизеле, происходит впрыск жидкого топлива, которое воспламеняется и поджигает газовую смесь. Дизельного топлива здесь требуется немного – ровно столько, чтобы сыграть роль запала, «жидкой свечи».
Третья группа газовых моторов – это дизели, конвертированные под искровое зажигание. В их цилиндры подается газовоздушная смесь, воспламеняемая от привычной свечи, интегрированной в двигатель.
Конвертировать существующие дизели под газодизельный цикл или под зажигание от свечи намного дешевле, чем строить специализированные транспортные моторы «под газ». Поэтому на коммерческом и пассажирском транспорте будут активно внедряться газовые двигатели второй и третьей групп.
Двигатели первой группы работают на пропан-бутане или на природном газе в зависимости от аппаратуры. А двигатели второй и третьей групп – только на природном газе.
Об инфраструктуре
Сеть АГНКС для заправки компримированным природным газом пока невелика. Поэтому эксплуатация автомобилей с чисто газовыми двигателями возможна только вблизи таких станций. В основном это городской транспорт – автобусы и коммунальная техника.
А вот автомобили с газодизельными двигателями могут полноценно работать и на газе, и на дизельном топливе. Их можно использовать на трассах со значительным удалением от АГНКС.
О моторном масле
Какое масло требуется двигателю, работающему на газе? Прежде чем ответить, рассмотрим условия работы моторного масла с учетом специфики газового двигателя.
Как влияет газ на изменение свойств масла? Начнем с хрестоматийного примера: при пуске двигателя масляная пленка со стенок цилиндра не смывается, разжижения масла топливом не происходит, а следовательно, старение масла замедляется.
Есть и другие благоприятные факторы: тепловое воздействие газа на масло существенно ниже, чем у бензина. Дело в том, что светимость пламени у жидких топлив больше: сравните мягкое голубое пламя газа и резкое, желтое – горящего бензина или керосина. Поэтому термическая нагрузка на масляную пленку на стенках цилиндров при работе на газе ниже. Вот вам еще одна причина более медленного старения масла при работе на газе.
По данным исследований, проведенных в НАМИ, при эксплуатации на газе срок службы масла для двигателей первой группы может быть увеличен на 80–100%. Впрочем, сказанное не значит, что масло можно менять вдвое реже. Без одобрения завода-производителя подобных рекомендаций давать не следует. Но факт остается фактом: при работе на газе масло утрачивает свои «боевые качества» гораздо медленнее.
Однако полагать, что газовое топливо действует на масло чуть ли не благотворно, было бы неверно. Приведем несколько настораживающих примеров.
Так, газ в сравнении с жидким топливом содержит больше водорода и меньше углерода: достаточно вспомнить формулу метана – СН4. Поэтому при сгорании газового топлива в конечных продуктах образуется больше воды. Чем это плохо? Если вентиляция картера недостаточна или двигатель плохо прогрет, в картере происходит конденсация влаги, а значит – обводнение масла, снижение его рабочих свойств. Кроме того, масло становится склонным к вспениванию. Отсюда четкое требование: масла для газовых двигателей должны быть влагостойкими и содержать эффективные антипенные присадки.
Но это еще не все неприятности, которыми грозит влага. Некоторые компоненты синтетических масел, например эфиры, под воздействием воды начинают разлагаться. То же самое может происходить с некоторыми присадками к маслу. Поэтому если для газового двигателя выбирается синтетическое масло, необходимо, чтобы оно в своем составе не имело эфиров.
Пределы воспламеняемости газового топлива несколько шире, чем у бензина. Стоит ли удивляться, что газовые двигатели регулируют на обедненную смесь? В подобном стремлении сэкономить есть свои минусы: сгорание обедненной смеси вызывает повышенное образование оксидов азота, которые в свою очередь образуют азотную и азотистую кислоты.
А там, где присутствует азотная кислота, возникает нитрование масла, – иными словами, взаимодействие кислоты с углеводородными структурами. В результате вязкость масла начинает расти. Поэтому можно сформулировать еще два правила: во‑первых, масло, применяемое в газовых двигателях, должно быть стойким к нитрованию. Во-вторых, для надежной нейтрализации азотной и азотистой кислот щелочное число масла должно быть не менее 6–8 мг КОН на грамм масла.
Бывает, эксплуатационники сталкиваются с проблемой преждевременного воспламенения газовоздушной смеси. Причина кроется в образовании зольных отложений в камере сгорания. Эти тлеющие или сильно нагретые частицы могут сыграть роль своеобразной «искры» и раньше времени поджечь смесь.
Сказанное, в общем-то, справедливо для двигателей, работающих по газодизельному циклу. А дизели, переделанные под искровое зажигание, выдвигают дополнительные требования к зольности масла: отложения, образующиеся при сгорании металлорганических присадок, нередко «выстраивают» мостики на электродах, после чего свеча перестает работать.
Таким образом, масло, применяемое в газовых двигателях и конвертированных дизелях, должно иметь определенную сульфатную зольность. Как правило, ее ограничивают величиной 0,8–1%. И чем она меньше, тем лучше.
В заключение отметим, что ведущие производители моторных масел всерьез заинтересовались развитием газомоторного транспорта в России. За последний год они презентовали немало новинок, специально разработанных для грузовиков и автобусов, работающих на природном газе. И этот сегмент «масляного» рынка будет развиваться.
