4.8.2. Воспламеняемость

Свойством воспламеняться от контакта с горячим воздухом характеризуются дизельные топлива. В момент начала распыления дозы топлива в цилиндр двига­теля протекают следующие процессы: испарения мельчайших капелек топлива в атмосфере разогретого до 500 – 600°С воздуха, образования смеси паров топлива с воздухом, интенсивное окисление углеводородов и, наконец, воспламенение смеси.

Чем короче во времени все процессы до воспламенения (задержка воспламенения, или индукционный период), тем луч­ше моторное свойство дизельного топлива – воспламеняемость.

Воспламеняемость, как и детонационную стойкость, оценивают по условной шкале цетановым числом. По этой шкале за эталон воспламеняемости (100 пунктов) принят н-гексадекан – С₁₆Н₃₄ (техническое название – цетан), а за нуль принята воспламеняемость а-метилнафталина – С₁₁Н₁₀.

По этой шкале цетановым числом дизельного топлива называют количество цетана [в %(об.)] в смеси с а-метилнафталином, при котором воспламеняемость такой эталонной смеси идентична воспламеняемости дизельного топлива.

Цетановое число (ЦЧ) зависит от соотношения Н : С в молекуле углеводорода (чем оно выше, тем выше цетановое число) и строения молекул углеводородов.

При низком цетановом числе топлива возни­кает большая задержка воспламенения, к моменту воспламене­ния в цилиндр поступает почти вся доза топлива и ТВС образу­ется почти по всему объему сжатого воздуха. В результате этого сокращается время на процесс сгорания ТВС, что обусловливает неполное сгорание топлива (и соответственно снижение мощ­ности). Отчасти по этой причине при низком ЦЧ ухудшается запуск двигателя.

Наибольшее влияние на снижение задержки воспламенения оказывает ЦЧ в пределах 45 – 50, и поэтому в нормах на товарное дизельное топливо цетановое число нормируется не ниже 45. При ЦЧ > 50 влияние его на задержку воспламенения невелико, потому что для процесса горения лимитирующим фактором становится не задержка воспламенения, а время, необходимое на испарение и смешение паров топлива с воздухом.

При ЦЧ > 70 вновь наблюдается неполное сгорание с соответствующей потерей мощности из-за того, что, обладая очень малой задержкой, топливо вспыхивает и горит у самого устья форсунки, и продолжающая поступать через форсунку остальная часть топлива попадает не в воздух, а в продукты горения. В результате этого в области форсунки оказываются избыток топлива и малое количество окислителя (в результате неполного сгорания), а в отдаленных зонах цилиндра ТВС топливом обеднена (недоиспользован запас кислорода).

Лабораторный контроль

Экспериментально цетановое число определяют стандартным методом (ГОСТ 3122), сущность которого состоит в сравнении воспламеняемости испытуемого топлива с воспламеняе­мостью эталонного топлива, состоящего из цетана и а-метилнафталина. Сравнение ведется при этом методом совпаде­ния вспышек, которые фиксируются специальным электронным индикатором, встроенным в цилиндр. Испытание топлива ведется на установке ИТ-9-ЗМ с одноцилиндровым дизельным ДВС при следующих параметрах его работы: частота вращения вала 900 об/мин, угол опережения впрыска топлива 13 °, давле­ние впрыскиваемого топлива 10,4 МПа, доза впрыскиваемого топ­лива 0,22 ± 0,08 мл/с. Степень сжатия (переменная) – от 7 до 23.

Во время опыта на испытуемом топливе подбирают такую степень сжатия ε_Т, чтобы момент воспламенения происходил при угле опережения зажигания 13 ° (при этом совпадают мо­менты вспышки неоновых ламп индикаторов впрыска и вос­пламенения). Затем подбирают два таких состава эталонного топлива, один из которых дает совпадение вспышек при ε^’_Э>ε_Т, а другой при ε”_Э>ε_Т .

Эталонные смеси при этом должны различаться по содержа­нию цетана не больше, чем на 4%(об.).

В результате трехкратных подобных опытов находят искомое цетановое число.