Кратко: в самом процессе горения в цилиндре бензин Евро-3 и Евро-5 ведут себя очень похожим образом, но разница в содержании серы и присадок сильно меняет то, какие продукты горения попадают на стенки цилиндров, в катализатор и датчики кислорода. Евро-5 существенно меньше «засерает» и загаживает выпуск, поэтому катализатор и лямбда-зонд работают стабильнее и дольше.
Состав топлива Евро-3 vs Евро-5
- Для Евро-3 типичные спецификации допускают содержание серы порядка 0,015 % по массе, то есть около 150 ppm.
- В ЕС для дорожного бензина и дизтоплива с 2009 г. введён предел серы 10 ppm (это уровень, соответствующий Евро-5/Евро-6).
- Профиль «грязности» топлива важен не только по сере: серосодержащие и другие металлические/зольные присадки дают больше твёрдых и зольных продуктов в выхлопе и на отложениях.
Проще говоря, Евро-3 — это заметно более «сернистый» и потенциально более зольный бензин, Евро-5 — почти без серы и рассчитан на максимально чистую работу каталитических систем.
Что происходит при горении в цилиндре
При Евро-3
- Сера из топлива при сгорании окисляется до SO, а дальше до сульфатов, которые частично выходят в выхлоп, частично участвуют в образовании мелких твёрдых частиц (аэрозоль сульфатов).
- Чем выше содержание серы, тем больше таких сульфатных частиц и сопутствующей твёрдой фазы в продуктах сгорания, что усиливает склонность к отложениям на горячих поверхностях (дно поршня, камеры сгорания).
- Более высокий сернистый фон в камере сгорания и выхлопе создаёт агрессивную среду (кислые газы), ускоряющую коррозию и химическое старение металлов и керамики, особенно при высоких температурах.
При Евро-5
- При содержании серы порядка 10 ppm вклад серы в продукты горения становится практически пренебрежимым с точки зрения работы катализатора и датчиков — SO и сульфатов образуется на порядок меньше.
- Меньше сульфатного аэрозоля — меньше твёрдых и зольных частиц, которые могли бы закрепляться в камере сгорания и на горячих участках выпускной системы.
По термодинамике и самой вспышке топливо Евро-3 и Евро-5 при одинаковом октановом числе дают сопоставимые давление/температуру, но химический «мусор» после сгорания сильно различается из-за серы и присадок.
Отложения и износ в цилиндре
- Наличие серы и зольных присадок повышает размер и количество твёрдых частиц в выхлопе и нагаре, что способствует образованию более плотных и химически стойких отложений на стенках цилиндра и поршне.
- Сульфаты и связанные с ними частицы могут попадать в зазоры поршневых колец, ускоряя их закоксовывание и ухудшая подвижность колец; это опосредованно влияет на расход масла и компрессию.
- На бензине с низкой серой (Евро-5) образование именно сульфатной составляющей отложений резко снижено, за счёт чего общий объём и «агрессивность» нагара уменьшаются.
То есть в цилиндрах Евро-3 физически идёт то же горение, но продукты горения более коррозионно-активны и легче дают «жёсткий» нагар; Евро-5 химически мягче для железа и для масляной плёнки.
Трёхкомпонентный катализатор (TWC) и сера
Современный трёхкомпонентный катализатор основан на благородных металлах (Pt/Rh/Pd) и носителе с оксидами церия/циркония, которые обеспечивают кислородную ёмкость (oxygen storage capacity, OSC).
При работе на Евро-3
- Сера из выхлопа адсорбируется на поверхности катализатора и его носителя, конкурируя с CO, HC и NOx за активные центры.
- AECC прямо отмечает, что сера «серьёзно конкурирует за пространство на поверхности катализатора», ухудшая эффективность превращения загрязнителей и особенно заметно мешая при очень низких целевых уровнях выбросов.
- При повторяющемся воздействии серы часть её эффектов обратима (можно «выжечь» при высоких температурах), но возможны и необратимые структурные изменения покрытия и носителя.
- Исследование SAE показало, что увеличение содержания серы в бензине с 7 до сотен ppm ведёт к падению кислородной ёмкости катализатора примерно на 10 % на каждые дополнительные 150 ppm серы, то есть Евро-3 даёт ощутимое снижение OSC относительно малосернистого топлива.
Иными словами, на Евро-3 катализатор чаще и сильнее «засерается»: у него меньше доступного кислорода в запасе, и требуется больше времени или жёсткий режим для регенерации.
При работе на Евро-5
- При содержании серы в районе 10 ppm влияние серы на эффективность катализатора становится минимальным, и система может работать вблизи своих расчётных 95–98 % эффективности по основным загрязнителям.
- Исследования показывают, что кратковременное использование топлива с высоким содержанием серы сразу ухудшает эффективность катализатора, но возвращение к малосернистому бензину быстро восстанавливает показатели; при постоянном низком уровне серы катализатор стареет в основном из-за термостарения, а не из-за серы.
По сути, Евро-5 даёт катализатору возможность работать в оптимальном режиме почти всё время, а Евро-3 заставляет его бороться с серой, что снижает запас по эффективности и ресурсу.
Лямбда-зонд и управление смесью
- Лямбда-зонд в потоке выхлопа измеряет содержание кислорода и помогает ЭБУ удерживать смесь около стехиометрии, чтобы катализатор мог одновременно восстанавливать NOx и окислять CO/HC.
- Высокое содержание серы и некоторых металлических присадок способствует образованию отложений на поверхности датчика, меняя его отклик и долговременную точность.
- В тестах с бензином 50 ppm против 450 ppm серы было показано, что датчики, работавшие на более сернистом топливе, старели иначе: это приводило к сдвигам в балансе NOx/CO (меньше NOx, больше CO), то есть измерительный контур реально искажается.
На Евро-5 лямбда-зонд получает гораздо «чище» выхлоп и меньше обрастает сульфатным/зольным слоем, что удерживает его отклик более стабильным на пробеге и облегчает точную дозировку топлива.
Практические выводы для цилиндров и выпуска
- В цилиндре: на Евро-3 больше серосодержащих продуктов и сульфатной частицы, что усиливает нагар и химическое старение; Евро-5 почти лишён этого фактора, поэтому нагар менее агрессивен и меньше влияет на ресурс колец/цилиндров.
- В катализаторе: Евро-3 заметно снижает кислородную ёмкость и эффективность TWC за счёт серы; Евро-5 поддерживает катализатор в более чистом и эффективном состоянии, давая устойчивое соблюдение жёстких норм выбросов.
- В датчиках: на Евро-3 лямбда-зонд и другие сенсоры быстрее зарастают отложениями, что ухудшает точность управления смесью; на Евро-5 загрязнение меньше, и контур регулирования работает ближе к идеалу на протяжении ресурса.
Если свести всё к ощущениям: с точки зрения «как едет» мотор, Евро-3 и Евро-5 могут быть похожи при одинаковом октановом числе, но внутри цилиндров и во всём выпуске Евро-3 оставляет гораздо больше химического мусора, тогда как Евро-5 рассчитан на долгую жизнь катализатора, датчиков и более чистый мотор.
Источник: https://miniteh.com/specs/chem-benzin-evro-3-otlichaetsya-ot-evro-5
