4.2. Антинагарные и нагароочищающие присадки

Назначение – уменьшить нагарообразование в камере сгора­ния дизельного двигателя*, предотвратить закоксовывание поршневых колец. Рекомендуемые концентрации присадок при постоянном применении – 0,005-0,02%. В “ударных” концент­рациях (0,05-0,1%) эти присадки способны выступать как нага- роочищающие и удалять с деталей двигателя образовавшийся ранее нагар. При такой нагароочистке возможно временное повышение дымноети и токсичности ОГ, так как часть удаляе­мого нагара не успевает выгорать и выбрасывается в атмосферу.

Принцип действия сочетает комплекс факторов: в общем случае присадка модифицирует структуру нагара, оказывает каталитическое действие на его выгорание и смывает частицы нагара и продукты его превращения.

Показатель эффективности – количество нагара, смы­ваемого с поверхности деталей двигателя, – оценивается по методу, разработанному в АООТ ЭлИНП (Г.В.Горбунов, В.В.Кириллов). Метод заключается в проведении стендовых испытаний, в процессе которых в камере сгорания нарабаты­вается нагар путем работы двигателя в течение 50 ч на модель­ной топливной смеси, содержащей большое количество тяже­лых фракций. После наработки нагара двигатель разбирают, оценивают площадь покрытой нагаром поверхности (отдельно в камере сгорания, на днище поршня и на наконечнике рас­пылителя форсунки), его толщину и массу. Затем двигатель собирают, переходят на работу на испытуемом топливе в тече­ние пяти часов или другого заданного времени и оценивают состояние нагара, как описано выше.

Ассортимент. Присадок, допущенных к применению в установленном порядке, в России нет. Разработаны опытные образцы АНП (ЭлИНП) и Антикокс (фирма ПРИС), изготав­ливаемые в виде небольших опытных партий с целью проведе­ния квалификационных испытаний и эксплуатационной про­верки.

Усредненные физико-химические характеристики образцов присадок по данным разработчиков приведены ниже:

Подобные присадки, не предназначенные для выработки стандартных топ­лив, формально не должны проходить испытания по плану Госкомиссии. Одна­ко эти испытания, и особенно обсуждение их результатов специалистами, по­зволяют избежать вредных побочных явлений, вызванных введением присадок в топливо.

Табл.13

Рис.7

АНП вырабатывается АООТ ЭлИНП. Она представляет собой композицию молибден- и цинксодержащих соединений с моюще-диспергирующим компонентом. Для постоянного применения разработчик рекомендует концентрацию 0,01-0,02%, для нагаро­очистки, т. е. для удаления ранее образовавшегося нагара, – 0,05- 0,1%. При этой концентрации раскоксовывание поршневых ко­лец, например, осуществляется в среднем за 4 ч. При концентра­ции 0,02% при испытаниях топлива JI-0,5 на двигателе 1ч8,5/11 по методике ЭлИНП были получены следующие результаты [79]:

Табл.14

Рис.8

Рис. 43. Влияние содержания присадки Антикокс на степень удаления нагара: 1 – распылитель форсунки: 2 – головка блока цилиндров; 3 – днище поршня

Антикокс – композиция ка­тализатора горения (медная соль органической кислоты), термостабильного дисперги­рующего компонента, модифи­катора нагара (кислородсодер­жащее соединение) и высоко- ароматизированного раствори­теля. Опытные партии присад­ки вырабатываются фирмой ПРИС.

На рис. 42 и 43 приведены результаты испытаний присадки Антикокс в составе дизельного топлива J1 на двигателе 2ч8,5/11. Испытания проведены в АООТ ЭлИНП (В.В.Ки­риллов) по описанной выше методике. Наработанный предва­рительно нагар отлагался на поверхностях в виде очень плот­ного слоя неравномерной толщины – до 1 мм и более. Толщи­на основной массы нагара на головке блока цилиндров и дни­ще поршня достигала 0,5 мм. Что касается форсунки, то около двух третей массы нагара имело толщину от 0,5 до 1,3 мм. Это обстоятельство представляется весьма существенным, так как отложения на форсунке в наибольшей степени влияют на ток­сичность ОГ. При введении в топливо присадки в концентра­ции 0,02-0,05% нагар удалялся на 25-65%. Часть нагара, кото­рая не была удалена в процессе испытаний, изменила свою природу. Нагар стал рыхлым и легко снимался протиранием поверхности без соскабливания и кипячения. Наибольший эф­фект наблюдался на распылителе форсунки, где при концент­рации присадки 0,02% в условиях испытаний нагар удалялся наполовину. Интересно отметить, что степень удаления нагара с форсунки и поршня достигала максимума при 0,05% присад­ки, а из камеры сгорания – почти линейно зависела от ее кон­центрации.

Наличие в присадке меди, которая является катализатором окисления углеводородов, требует проверки ее влияния на хи­мическую стабильность топлива. При концентрации присадки в топливе 0,01-0,1% концентрация меди в топливе составляет 0,001-0,01%. Ниже представлено влияние присадки на термо­стабильность дизельного топлива методом квалификационной оценки. Было установлено, что после 16-часового нагрева об­разцов топлива при 100 °С их цвет не изменился, а количество осадка и кислотность возросли в небольшой степени и находились в допустимых пределах.

Табл.15

Присадка Аитикокс предназначена для введения в топливо на местах применения. Поэтому небольшое ухудшение анти­окислительных свойств топлива с присадкой может считаться допустимым.

Обнаружение в топливах. Методы обнаружения ме­ди в топливах не разрабатывались. При необходимости может быть использован общий метод определения меди в различных средах, основанный на образовании комплекса диэтилдитио- карбамата меди. Комплекс окрашен в желто-коричневый цвет и может быть определен фотометрически. Чувствительность метода составляет 0,5-1,0 мг/л. Определению мешают никель, кобальт, хром и другие металлы, образующие комплексы с ди- этилдитиокарбаматом натрия.

Кроме того, медь, как все металлы с достаточно высокой атомной массой, может быть определена атомно-абсорбцион- ным методом.

Токсичность присадки Антикокс определяется наличи­ем в ней соединений меди. Несмотря на то, что медь является необходимым для жизнедеятельности элементом, ее повышен­ные концентрации для организма опасны. Соединения меди обладают гемолитическим действием, вызывают анемию, ост­рую почечную недостаточность, энтероколит. Наиболее опасно попадание меди внутрь. Например, доза 1-2 г медного купоро­са считается смертельной для человека” [80]. Признаки отрав­ления: ощущение металлического привкуса во рту, слюнотече­ние, рвота, головная боль, судороги.

При сгорании топлива с присадкой образуются сульфат, ок­сиды и карбонаты меди. Их состав и содержание в ОГ изучены плохо. Можно привести приблизительный расчет. При макси­мальной рекомендуемой концентрации присадки в топливе, равной 0,05%, содержание меди в топливе составит около 70 млн-1. Можно допустить, что при сгорании 1 кг дизельного топлива при коэффициенте избытка воздуха а = 2 образуется 25-30 л О Г; содержание меди в них составит около 2-3 мг/м3. В России нет норм на содержание меди в О Г, но можно при­вести норму Агентства охраны окружающей среды США, со­ставляющую 100 мг/м3. Обычно принимают, что О Г разбавля­ются воздухом в тысячекратном соотношении. Продукты сго­рания соединений меди выбрасываются из двигателя в виде аэрозолей оксидов, сульфатов и карбонатов. Их ПДК в воздухе рабочей зоны, принятая в России, составляет 0,5 мг/м3. Сред­нее содержание меди в земной коре составляет около 0,005% (мае.). Таким образом, можно полагать, что при использовании медьсодержащей антинагарной присадки опасных для здоровья концентраций меди не возникнет.