При эксплуатации карбюраторных автомобильных двигателей на дроссельных заслонках карбюратора, в воздушном жиклере, жиклере холостого хода и во впускном коллекторе могут накапливаться смолистые отложения. Вследствие этих отложений снижаются технико-экономические показатели работы двигателя: увеличивается удельный расход топлива, растет выброс в атмосферу токсичных продуктов, в частности оксида углерода и углеводородов. Особенно повышается токсичность отработавших газов в этом случае при работе двигателя на холостом ходу, что характерно для эксплуатации автомобилей в городских условиях. Интенсивность смолистых отложений во впускной системе зависит от способа вентиляции картера двигателя. В случае принудительного поступления в карбюратор картерных газов отложения возрастают. Для обеспечения нормальной работы двигателя приходится периодически регулировать карбюратор и очищать его детали, а также впускной коллектор.
Однако продолжительность эксплуатации автомобиля с оптимальной регулировкой карбюратора и незначительными отложениями на его деталях может быть увеличена в несколько раз в случае использования специальных моющих присадок, добавляемых к бензинам в концентрации 0,001—0,10%. При применении автомобильных бензинов с моющими присадками количество отложений в карбюраторе уменьшается в несколько раз и пробег автомобиля без нарушения регулировок карбюратора возрастает более чем вдвое.
Моющие присадки, как правило, при высоких (ударных) концентрациях растворяют и удаляют уже сформировавшиеся отложения при пробеге автомобиля на одной заправке бензина с присадкой, а при малых (рабочих) концентрациях предотвращают или резко ограничивают образование отложений.
Применение моющих присадок позволяет исключить повышение содержания оксида углерода в отработавших газах за счет эксплуатации двигателя без нарушения регулировки карбюратора, значительно облегчить техническое обслуживание автомобиля. При постоянном использовании бензина с моющими присадками экономия топлива может составить 2-3%.
Увеличение себестоимости бензинов при введении моющих присадок незначительно и не превышает 0,1%, что в 10—15 раз меньше достигаемой экономии расхода бензина [3].
Механизм действия моющих присадок заключается в их способности при абсорбции на поверхности раздела фаз радикально изменять ее свойства за счет значительного снижения поверхностного натяжения. Моющие присадки представляют собой масло- или масловодорастворимые поверхностно-активные вещества, углеводородная часть которых состоит из парафиновых, нафтеновых или ароматических радикалов различного строения и углеводородной массы. В качестве полярных групп они включают кислород-, азот-, серу- или фосфорсодержащие фрагменты.
Полярные группы в молекулах присадок обусловливают их способность к абсорбции на твердых поверхностях и полярных частичках смолистых отложений, а достаточно массивные углеводородные радикалы — растворимость в топливах. Маслорастворимые поверхностно-активные присадки в малополярных углеводородных средах (топливах) обладают мицеллярной растворимостью, т.е. способностью образовывать коллоидную мицеллярную структуру с фазовыми границами раздела мицелла-среда [9].
Функциональные характеристики моющих присадок к бензинам связаны как с поверхностными свойствами на границе металл—углеводородная среда (в том числе и смолистые отложения), так и с объемными свойствами в среде бензина. Ориентируясь полярными группами на частицы смолистых отложений, а углеводородными радикалами в сторону бензина, молекулы моющей присадки создают переходный абсорбционный слой, который способствует реализации фазовых переходов и развитию новых поверхностей раздела фаз, т.е. переводу смолистых отложений на металле в жидкую углеводородную среду в виде мицеллярного раствора. Таким образом, характерным свойством моющих присадок является также объемное действие — способность включать «отмываемые» полярные молекулы в ядра мицелл, т.е. проявлять по отношению к ним солюбилизирующее действие в углеводородной среде.
Композиции, используемые в качестве моющих присадок, могут быть получены на основе высших жирных кислот, спиртов, алкилбензолов, алифатических аминов, малеинового и алкенилянтарного ангидридов, формальдегида, а— олефинов, оксидов алкиленов, фосфорорганических и других нефтехимических продуктов.
Подавляющее большинство разработанных и исследованных промышленных и опытных моющих присадок за рубежом и в нашей стране можно разделить на две группы: азотсодержащие и кислородсодержащие присадки.
Азотсодержащие присадки включают алкиламины, полиамины и их производные, амиды и другие продукты конденсации аминов с кислотами, продукты реакции эпоксисоединений с аминами и их производными, замещенные имидазолины, алкенил- и алкилсукцинимиды, замещенные аспарагины и др. [10].
Кислородсодержащие присадки представлены сложными и простыми эфирами монокарбоновых кислот, высшими спиртами, окисленными фракциями углеводородов, содержащими смеси кислот, спиртов и эфиров, оксиэтилированными соединениями. Кислородсодержащие соединения менее эффективны, чем азотсодержащие присадки, поэтому их в основном используют в качестве компонентов композиций, содержащих азотные соединения [11].
В основном в промышленных масштабах в качестве присадок используют азотсодержащие композиции, которые, наряду с моющими, обладают также антиобледенительными и защитными свойствами, т.е. являются многофункциональными. К таким присадкам относятся смеси амидов высших жирных кислот (МРА фирмы «Ethyl Corp»), смесь органических аминов (ДМА-7 фирмы «Du Pont»), смесь органических аминов и аминоалкилфосфатов (ДМА-4 фирмы «Du Pont») [7].
В нашей стране в качестве моющих композиций, обладающих антиобледенительными и защитными свойствами, были разработаны и широко испытаны в период 1980-91 гг. присадки Найк (Афен), Афен-1 и Автомаг.
Присадка Найк (Афен) состоит из амида полиэтиленполиамина ТУ 6—02—594—75 на основе фракции синтетических жирных кислот С|()—С16( 10—20%), оксиэтилированного алкилфенола ОП-7 ГОСТ 8433-65 (10—20%) и комплексного растворителя (ксилолы + изопропиловый спирт 1:1). Амид является основным носителем моющих, защитных и антиобледенительных свойств присадки. ОП-7 является стабилизатором раствора амида и, обладая моющими свойствами, усиливает действие амида. Ксилолы и изопропиловый спирт в смеси представляют собой активный растворитель, усиливающий антиобледенительный эффект.
В связи с изменением ситуации в стране с получением отдельных компонентов присадки Найк (Афен) в 1989 г. была разработана и испытана присадка Афен-1, состоящая из амида полиэтиленполиамина по ТУ 6—02—594—85 на основе дистиллированных нефтяных кислот по ГОСТ 13 302—72 (10-20%), неонола АФ-9-6 — оксиэтилированных алкилфенолов по ТУ 38.507-24-87 (10-20%) вместо ОП-7 и растворителя - веретенного или индустриального масла взамен смеси ксилолов с изопропиловым спиртом.
Дальнейшей модификацией присадки Афен явилась разработка ВНИИНП в 1991 г. присадки Автомаг, представляющей собой композицию амида по ТУ 6—02—594—85 (5%), неонола АФ-9-6 по ТУ 38.507—24—87 (5%), денормализата — фракции дизельного топлива после удаления нормальных парафинов (60%) и бутилового спирта (30%).
Присадки типа Афен прошли государственные приемочные испытания и допущены к применению на автомобилях с карбюраторными двигателями в установленном порядке комиссией при Госстандарте.
По моющей эффективности отечественные моющие присадки не уступают многофункциональным зарубежным присадкам, например Paradyne-50 и МРА-85, вырабатываемым на базе аминов и амидов. Особенностью поверхностно-активных моющих присадок являются повышение концентрации фактических смол в бензине при их введении и как следствие — увеличение склонности бензинов с присадкой к отложениям во впускной системе (впускном трубопроводе), которая, однако, как правило, не выходит за пределы нормы комплекса методов квалификационной оценки.
Применение бензинов с моющими присадками выявило и возможность нарушения работы и появление отказов топливной системы.
Было обнаружено, что использование бензина с моющими присадками на автомобилях, которые длительное время эксплуатировались на бензине без присадок, может привести к забивке топливных фильтров загрязнениями, отмытыми из топливного бака бензином с присадкой. Поэтому целесообразно бензин с моющими присадками применять с самого начала эксплуатации нового автомобиля. Если на автомобиле, ранее эксплуатируемом на бензине без присадок, начинают применять бензин с моющей присадкой, обычно добавляемой в топливный бак, то целесообразно после израсходования одной заправки бензина с присадкой проверить состояние топливного фильтра и карбюратора. И при необходимости удалить обнаруженные загрязнения (при возможности лучше поставить новый фильтрующий элемент тонкой очистки) и после этого продолжать эксплуатацию автомобиля на бензине с присадкой.