Присадки, улучшающие сгорание дизельных топлив

Некоторое запаздывание воспламенения и последующее сгора­ние увеличенного топливного заряда с чрезмерно большой ско­ростью может оказаться причиной жесткой работы дизеля, воз­никновения стуков в двигателе, что при нормальной эксплуатации недопустимо.

Объясняются эти явления тем, что топливо не успе­вает в известных условиях пройти необходимую для двигателя с воспламенением от сжатия подготовку, заключающуюся в пред­варительном окислении, которое сопровождается накоплением пе­рекисей, инициирующих процессы самовоспламенения. Отсюда сле­дует, что интенсивность окисления, период задержки воспламене­ния и температура самовоспламенения дизельного топлива зави­сят от его химического состава. Алканы и алкены нормального строения окисляются с большей скоростью и при более низких температурах, чем ароматические углеводороды, образуя более устойчивые в растворе углеводородов перекиси и поэтому накап­ливающиеся в достаточно высокой концентрации.

Присутствие алканов и алкенов нормального строения, не ухуд­шающих другие качественные характеристики дизельных топлив, весьма желательно, поскольку они обеспечивают более короткий индукционный период при окислении топлив в двигателе, а про­дукты окисления (гидроперекиси) — более низкую температуру самовоспламенения, легкий запуск и мягкую работу двигателя.

Склонность дизельного топлива к самовоспламенению принято выражать цетановым числом, определяемым на специальной мо­торной установке. Цетановое число характеризует эквивалентность дизельного топлива по скорости воспламенения со смесью, состоя­щей из н-цетана и а-метилнафталина, для которой это цетановое число отвечает процентному содержанию н-цетана.

Цетановое число будет возрастать с содержанием в дизельном топливе нормальных алканов и уменьшаться с увеличением содер­жания ароматических углеводородов. Цетановое число современ­ных дизельных топлив находится в пределах 45—50. Для каждого типа двигателей подбирается топливо с оптимальным цетановым числом.

Получение дизельных топлив, отвечающих по скорости воспла­менения современным требованиям, встречает известные трудности.

В зависимости от месторождения перерабатываемых нефтей ди­зельные дистилляты получают различного химического состава. Исправление его в желаемом направлении обычно связано с уве­личением стоимости и уменьшением ресурсов топлива. Естествен­ны поэтому попытки улучшить огневые качества дизельных топ­лив и, следовательно, увеличить их цетановое число введением присадок. Такие присадки должны инициировать процесс окисле­ния в двигателе топлива в жидкой фазе до образования паровоз­душной смеси или, иными словами, способствовать ускоренному образованию и накоплению гидроперекисей, обеспечивающих мяг­кий и равномерный процесс горения в цилиндре двигателя. Эффек­тивные присадки должны были бы инициировать окисление цикла- нов и ароматических углеводородов дизельных топлив, в которых их содержится значительное количество. Введение таких присадок позволило бы расширить сырьевую базу для получения удовлетво­рительных дизельных топлив. В системе двигателя присадки уско­ряли бы процессы предварительного окисления углеводородов топлив, понижали бы температуру их самовоспламенения, улуч­шали бы процесс сгорания и, следовательно, облегчали запуск двигателя. В качестве таких присадок эффективными оказались органические нитраты, гидроперекиси и др.

Однако для достижения заметного эффекта (увеличения цетанового числа на 10—20 единиц) необходимо добавление значитель­ного количества присадки (0,5—2 вес. %). Кроме того, действие этих присадок оказалось недостаточно стабильным и ослабевало при хранении топлива. Эффективность присадок в значитель­ной мере зависела от химического состава топлива, что сильно препятствовало их использованию. Стабильность некоторых эффек­тивных присадок в топливе оказалась недостаточной, что обуслов­лено их химическим строением. В присутствии нитратов и гидро­перекисей наблюдается несколько повышенная коксуемость и по­ниженная стабильность топлив. В крекинг-дистиллятах присадки менее эффективны, чем в дистиллятах прямой перегонки.

При введении в топливо присадок, повышающих цетановое чис­ло, дымность выхлопа, износы и отложения в двигателе меньше, чем при использовании топлив без присадок.

Работы с присадками, повышающими цетановое число дизель­ных топлив, проводятся давно; однако указанные недостатки пре­пятствуют их широкому применению. В настоящее время наибо­лее эффективными присадками являются изопропилнитрат и амилнитрат.