2.2. Промоторы воспламенения

Назначение. Промоторы воспламенения предназначены для улучшения воспламеняемости дизельных топлив в камере сго­рания. В отечественной практике они используются очень ред­ко, так как в топливном балансе страны велика доля прямо­гонных дизельных фракций с высоким цетановым числом (ЦЧ). Плохой воспламеняемостью отличаются высокоароматизированные среднедистиллятньие фракции различного происхождения. Кроме того, промоторы воспламенения добавляются в дизельные топлива из нефтей нафтенового основания, а так­ же в топлива из газовых конденсатов, распространенные в мес­тах нефтедобычи. Следует иметь в виду, что если повышение ОЧ бензинов на практике часто бывает желательным, то к повышению ЦЧ товарных дизельных топлив следует относиться с большей осторожностью. При эксплуатации дизеля требования к ЦЧ не повышаются, а отклонения от оптимального значения ЦЧ в ту или иную сторону приводят к ухудшению режима ра­боты двигателя и снижению его экономичности.

Применяя промоторы воспламенения, мы влияем на рабо­чий процесс дизеля и токсичность ОГ. Но влияние это неодно­значно и зависит от типа двигателя (особенно —   способа смесеобразования), режима его работы и достигаемой величины ЦЧ.

Чем выше ЦЧ топлива, тем быстрее оно воспламеняется и тем меньше период задержки воспламенения (ПЗВ). Должна вы­держиваться некоторая оптимальная продолжительность ПЭВ. При слишком высоком значении ЦЧ она слишком мала, и на подготовку горючей смеси отводится мало времени. В резуль­тате топливо впрыскивается в уже горящую смесь, содержащую продукты сгорания, которые затрудняют доступ кислорода к новым порциям топлива. Поэтому оно не успевает сгорать полностью, и в ОГ содержится много   продуктов неполного сгорания, а экономичность падает. При малом ЦЧ, напротив, продолжительность ПЭВ велика и смесь хорошо подтотавли­вается, зато меньше времени остается на собственно горение. При этом горение происходит интенсивней   и сопровождается быстрым нарастанием давления в камере сгорания, что, в свою очередь, ведет к стуку, повышенному износу двигателя, опас­ности поломки поршневых колец и прорыва картерных газов.

ЦЧ влияет не только на экономичность двигателя, но и на его экологические характеристики. При малом ПЭВ температу­ра в камере сгорания ниже и, следовательно, меньше эиссия оксидов азота. Зато дымность ОГ при этом может увеличивать­ся. Неоднозначность влияния ЦЧ на дымность ОГ хорошо продемонстрирована на рис. 21 [49]. Таким образом, для каждого двигателя существует свое определенное оптимальное значение ЦЧ. Присадки вводят в топлива в концентрации 0,1-1,0%.

Промоторы воспламенения используются как компоненты составов для ускоренного холодного пуска двигателей.

Принцип действия промоторов воспламенения объясняют легким распадом их молекул (чаще всего нитратов или пе­роксидов)     по связям    О—О и О—М с невысокой (около 150 кДж/моль)   энергией активации. Образующиеся свободные радикалы инициируют воспламенение топлива. Присадки этого типа действуют только на начальных стадиях процесса горения, почему и названы промоторами воспламенения.

Показатель эффективности — цетановое число топлива с при­садкой, определяемое на установке ИТ9-З. Это условный показатель, равный   объемной концентрации цетана в эталонной смеси цетана и а-метнлнафталина, воспламеняемость которой соответствует воспламеняемости испытуемого топлива при пе­риоде задержки воспламенения, равном 13 градусам. Расчетные методы, основанные на взаимосвязи между групповым соста­вом топлив и их теплофизическими характеристиками,   для оценки эффективности присадок непригодны. В лабораторных условиях эффективность присадок может быть охарактеризована   по температуре самовоспламенения (То) содержащих их топлив. Между Т и ЦЧ имеется корреляция (рис. 22) 1501.

22

Ассортимент. Отечественный ассортимент промоторов вос­пламенения, предназначенных для дизельных топлив всех ви­дов, составляют две присадки  —   ИПН (изопропилнитрат) и ЦГН (циклогексилнитрат):

isopropil

для применения в газоконденсатных дизельных топливах в районах Крайнего Севера и Сибири разработана также присад­ка МПК. Кроме того, к применению в России допущена при­садка Paradyne-668 фирмы “Еххоn”. ИПН (изопропилнитрат) — прозрачная жидкость с эфирньим запахом. При добавлении 1% ИПИ в дизельное топливо его ЦЧ должно повыситься не менее чем на 10—12 ед. Требования

23

ТУ 6-14-944—73 на ИПН приведены ниже:

IPN

ЦГН (цииклогексилнитрат) по ТУ 7508906.115-92 —   про­зрачная бесцветная   или желтоватая жидкость с содержанием основного вещества не менее    99%     (мас.). Физико-химические характеристики: Т3 —   минус 60 °С, Т, —   72 °С при остаточном давлении 2,6 кПа (20 мм рт. ст.),   плот­ность —   1104 кг/м3.

ЦГН имеет ряд преимуществ перед ИПН. Он более гидролитически устойчив, менее взрьвоопасен и менее летуч: давле­ние насыщенных паров при 99 °С ЦГН и ИПН составляет со­ответственно 8,7 и 91,5 кПа (66 и 691 мм рт. ст.). Эффектив­ность ЦГН также выше: для повышения цетановою числа ди­зельного топлива на одну и ту же величину сто требуется при­мерно вдвое меньше, чем ИПИ. Влияние содержания ЦГН на ЦЧ дизельного топлива представлено на рис. 23. Рекомендуе­мое содержание ЦГН – 0,35%.

Ниже приведены некоторые важные характеристики ИПН и ЦГН, не нормируемые техническими условиями:

davleniye

МТIК – многофункциональная присадка на основе промото­ра воспламенения из группы алкилнитратов. Она выпускается ЗАО “НПФ Компромисс” по ТУ 38.401-58-190—97 в виде двух марок, различающихся температурой застывания и вязкостью:

vid

Рекомендуемые концентрации присадки МПК – 0,25% (об.) или 0,3% (мае.). Ее введение в газоконденсатное дизельное топливо, по информации разработчиков, позволяет снизить температуру пуска холодного дизеля   на 20—25 °С, уменьшить эксплуатационный расход топлива и снизить эмиссию токсичных выбросов: бенз-альфа-пирена, альдегидов и др.

Paradyne- 668 представляет собой 2-этилгексилнитрат:

Paradyne

Это светло-желтая прозрачная жидкость со следующими фи-

24

зико-химическими характеристиками:

harakteristiki

Приемистость топлив к промоторам воспламенения суще­ственно зависит от исходного топлива и тем лучше, чем больше в топливе парафиновых углеводородов и выше начальное цетановое число.  В качестве примера на рис. 24 представлено влияние 2-этилгексилнитрата на ЦЧ дизельных топлив с раз­личным значением исходного ЦЧ [51]. Аналогичные зависи­мости можно предположить для ИПН и ЦГН. Ниже представ­лены данные о влиянии добавки ЦГН на ЦЧ индивидуальніх циклогексана и этилбензола [46]:

konc

Дополнительные свойства. Добавка промотора воспламене­ния к дизельному топливу позволяет сократить продолжитель-­

25

ность   холодного пуска   двигателя и снизить эмиссию сизого дыма, характерного для пускового периода. В качестве примера на рис. 25 приведены         результаты       испытаний двигателя “VW Golf” на дизельном топливе с присадкой на основе ал­киллнитратов [52].

Ограничения   и недостатки.  Промоторы воспламенения на базе алкилнитратов токсичны, коррозионно агрессивны, снижают Твсп топлива (ИПН —  в наибольшей степени),   окрашиваюг топливо и склонны увеличивать смолообразование. В ре­зультате окислительного разложения их эффективность в ди­зельньх топливах постепенно уменьшается (рис. 26) [531] По­этому, несмотря на экономическую   выгоду, их используюттолько в крайних случаях.

Особо следует отметить отрицательное влияние передозировки присадок. Иногда высказывается мнение, что чем боль­ше   промоторов воспламенения   содержится в топливе, тем лучше его пусковые свойства, полнее сгорание и меньше ток­сичность ОГ. В действительности существуют оптимальные зна­чения ЦЧ, отклонения от которых в ту или другую сторону ухудшают характеристики рабочего процесса. Введение промо­торов в топливо снижает его температуру самовоспламенения, и горючая смесь воспламеняется задолго до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки. Газообразные продукты сгорания начинают давить на поршень, противодействуй его по­ступательному движению. На это затрачивается немалая часть энергии, КПД двигателя снижается, горение топлива ухудшает­ся, и возрастают дымность и токсичность ОГ (см. рис. 21).

Токсичность. Алкилнитраты легко попадают в организм через органы дыхания, пищеварительный тракт, неповрежден­ную кожу. Следствием этого являются нарушение кровообра­щения, головная боль, учащенное сердцебиение. Алкилнитраты способны окислять гемоглобин в метгемоглобин. В организме они гидролизуются с вьделением свободной азотной кислоты.