Самовоспламеняемость дизельных топлив

Самовоспламеняемость топлива характеризует его способность к самовоспламенению в дизеле. Образование горючей смеси и интенсивность её сгорания в дизелях зависят от многих причин, к которым относятся давление, температура сжатого воздуха, тонкость распыла, испаряемость топлива. Но основное значение имеет химический состав топлива. Он определяет не только температуру воспламенения, но также период задержки воспламенения, т.е. время, которое проходит с момента начала подачи топлива до его самовоспламенения. Период задержки воспламенения складывается из времени, затрачиваемого на протекание физических процессов и химических реакций. Процессу горения в двигателе предшествуют распыл топлива в сжатом и нагретом воздухе, его испарение и смешение паров топлива с воздухом. После этих физических процессов протекают химические реакции (распад углеводородов, образование активных центров, свободных радикалов, первичных продуктов окисления и др.) и происходит формирование очагов самовоспламенения.

Температура, до которой необходимо нагреть топливо в смеси с кислородом воздуха, чтобы начался процесс горения, называется температурой самовоспламенения.

Самую низкую температуру самовоспламенения имеют алканы нормального строения, труднее окисляются нафтены и изо-алканы, наиболее стойки к окислению ароматические углеводороды. С повышением молекулярной массы устойчивость к окислению уменьшается – температура самовоспламенения понижается, период задержки воспламенения сокращается.

Мерой самоспламеняемости дизельного топлива является цетановое число (ЦЧ). В настоящее время цетановое число определяется в соответствии с ГОСТ Р 52709-2007 «Топлива дизельные. Определение цетанового числа» (АSTM D 613-05). Цетановое число – показатель воспламеняемости дизельного топлива, полученный сравнением данного топлива с эталонными топливами при испытаниях с применением стандартизованного двигателя. В качестве такого стандартного одноцилиндрового четырёхтактного двигателя в Российской Федерации применяются двигатели зарубежного производства моделей CFR F-5 и отечественного производства моделей ИДТ-90 и ИДТ-69. Сущность метода определения цетанового числа дизельного топлива заключается в сравнении характеристик его сгорания в двигателе с характеристиками сгорания смесей эталонных топлив, имеющих известные цетановые числа, в стандартных условиях испытаний. Это сравнение проводится для образца и двух используемых эталонных топлив с цетановыми числами, большим и меньшим, чем у образца

В состав эталонной смеси входит цетан, а также один из двух низкоцетановых компонентов: альфа-метилнафталин или гептаметилнонан. Цетан (н-гексадекан) С₁₆Н₃₄ обладает хорошей самовоспламеняемостью, имеет очень короткий период задержки воспламенения, его цетановое число условно принимают за 100 единиц. Альфа-метилнафталин и гептаметилнонан обладают плохой воспламеняемостью и имеют большой период задержки воспламенения. Цетановое число альфа-метилнафталина принимают за 0 единиц, гептаметилнонана – за 15 единиц. Варьируя содержание указанных компонентов в эталонной смеси, можно изменять её воспламеняемость от 100 до 0.

При использовании в качестве первичного эталона гептаметилнонана цетановое число эталонной смеси определяют по формуле:

ЦЧ = % цетана (об.) + 0,15 % гептаметилнонана (об.)

При использовании альфа-метилнафталина цетановое число может быть определено как процентное (по объёму) содержание цетана в эталонной смеси с альфа-метилнафталином. Например, если испытуемое дизельное топливо имеет цетановое число 47, то по воспламеняемости оно эквивалентно эталонной смеси, содержащей 47 % (об.) цетана и 53 % (об.) альфа-метилнафталина.

Применение топлива с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе двигателя. При значительном увеличении цетанового числа (70 и выше) наблюдается потеря мощности и дымление дизеля. Это объясняется тем, что такие топлива, обладая малой задержкой воспламенения, быстро сгорают в непосредственной близости от форсунки. Остальное впрыскиваемое топливо попадает не в воздух, а в высокотемпературные продукты сгорания. Наименьшим цетановым числом обладают ароматические углеводороды, наибольшим – алканы нормального строения. Варьируя групповой состав топлива, можно регулировать его цетановое число. Для увеличения цетанового числа дизельных топлив могут быть использованы различные присадки на основе органических производные азотной кислоты.