Воспламеняемость дизельного топлива

Воспламеняемость характеризует способность топлива воспламеняться после впрыска его в цилиндры двигателя с самовоспламенением от сжатия. Это свойство является важнейшим, так как оно определяет характер работы двигателя.

От момента подачи топлива до воспламенения смеси проходит определенный промежуток времени, который называется периодом задержки. В это время протекают различные физические и химические процессы. Сначала идет распыление струи топлива, испарение, перемешивание с воздухом. В результате увеличения давления и температуры начинаются химические реакции образования и распада перекисей, идущие с выделением большого количества тепла, образованием локальных высокотемпературных зон. В этих зонах и образуются очаги пламени, которые завершаются воспламенением всего топлива в цилиндре.

Если период задержки воспламенения достаточно велик, то в цилиндре образуется однородная по составу, прогретая рабочая смесь, которая сгорает с большой скоростью, с резким нарастанием давления в камере сгорания. В результате двигатель работает жестко, быстро изнашивается.

При уменьшении периода задержки к началу самовоспламенения в цилиндре находится меньше подготовленного к воспламенению топлива. После воспламенения нарастание давления более плавное, двигатель работает мягко. Однако чрезмерное сокращение периода задержки воспламенения приводит к ухудшению смесеобразования (топливо может впрыскиваться в горящую смесь), неполному сгоранию топлива, падению мощности и экономичности. При одинаковых условиях работы период задержки воспламенения зависит от способности применяемого топлива к самовоспламенению.

Воспламеняемость дизельного топлива количественно оценивается цетановым числом. Цетановое число (ЦЧ) определяют сравнением работы специальной установки при использовании эталонной топливной смеси и испытуемого топлива. В эталонной топливной смеси используется цетан (С₁₆Н₃₄) и альфаметилнафталин (С₁₁Н₁₀). Воспламеняемость цетана принята за 100 единиц (малый период задержки), а альфаметилнафталина – за 0 (большой период задержки самовоспламенения).

Варьируя содержание цетана и альфаметилнафталина в эталонной смеси, можно изменять ее воспламеняемость (период задержки воспламенения).

Цетановое число топлива численно равно содержанию цетана (в %) в такой смеси, которая эквивалентна по самовоспламеняемости исследуемому топливу. Чем меньше ЦЧ, тем больше период задержки воспламенения топлива. При использовании топлива с ЦЧ менее 45 двигатели работают жестко, повышение ЦЧ выше 50 вызывает ухудшение пусковых свойств топлива, неполное сгорание и все нежелательные последствия при таком режиме работы двигателя. По этим причинам оптимальной считается величина ЦЧ в пределах 45–50. Цетановое число зависит от состава дизельного топлива. Наиболее высоким ЦЧ обладают насыщенные углеводороды – парафины, однако углеводороды такого строения имеют высокие температуры помутнения и застывания. В связи с тем, что температуры помутнения и застывания регламентированы, высокое содержание парафиновых углеродов не только нежелательно, но в ряде случаев и недопустимо. Ароматические углеводороды лишены этого недостатка, зато они имеют большой период задержки воспламенения (плохо воспламеняются – низкое ЦЧ) и плохо воспламеняются. По этой причине содержание углеводородов этого класса должно быть невысоким. Циклические насыщенные (нафтеновые) углеводороды имеют оптимальное сочетание свойств: высокое ЦЧ и низкие температуры помутнения и застывания.

Воспламеняемость дизельного топлива зависит также от числа атомов углерода в молекулах углеводородов. Чем больше атомов углерода в молекуле соединения (и, следовательно, выше температура его кипения), тем выше его способность к самовоспламенению, поэтому у дизельных топлив с большим содержанием высококипящих фракций ЦЧ выше.

Цетановое число дизельных топлив можно изменять. Существует несколько способов увеличения ЦЧ: увеличением содержания высокоцетановых соединений (то есть регулированием состава); введением специальных присадок – промоторов (органические перекиси, а также производные азотной кислоты как сильные окислители ускоряют предпламенные процессы и инициируют воспламенение).