Температура горения солярки и бензина: Температура возгорания бензина, дизельного топлива, солярки и керосина: правила тушения

Какой будет температура замерзания бензина разных сортов

Под замерзанием нередко подразумеваются разные процессы, но их суть сводится к тому, что бензин теряет свои рабочие качества – консистенцию, способность к воспламенению. Согласно ГОСТ 5066-2018 такой процесс, как замерзание состоит из трёх этапов: 

✔ Помутнение 

✔ Начало кристаллизации

✔ Загустение (замерзание)

Следует отметить, что в обязательных требованиях ГОСТ температура замерзания бензина не определена как постоянная величина, в отличие от дизельных сортов. Все методы исследования, описанные в стандарте для бензинов, необходимы чаще только для решения спорных ситуаций, связанных с качеством топлива. Если бензин замерзает, кристаллизуется или густеет при таких же температурах,  как и нефть, то есть от -20 до -350С, это однозначно указывает на неприемлемое количество присадок в топливе или низкое, кустарное качество производства горючего.   

Отсутствие единой системы пороговых температур для фиксирования момента замерзания связано ещё и с тем, что в российских климатических условиях, даже в самых суровых северных регионах, бензин не меняет своих качеств. Топливо не замерзает, не становится вязким, если его качество соответствует стандартам, изложенным в ТУ на ГОСТ 32513-2013. 

Для того чтобы качественное горючее помутнело, загустело, требуется достичь отметки в -72 градуса С. Это относится к бензинам АИ-92, АИ-95 и АИ-98. Также среди автовладельцев распространена информация о том, что бензины повышенной чистоты, качества ЕВРО 6, поддаются замерзанию при температурах от -118 градусов С. Впрочем, убедительных результатов испытаний в поддержку этих данных не представлено. 

При какой температуре возможно загустение смеси – Госстандартами не установлено, в условиях средней полосы России подобных морозов не бывает и топливо не замерзает, однако разница между летним и зимним горючим всё же определена.

Зачем это сделано и как такое разграничение влияет на запуск двигателя зимой? 

Зимний и летний бензин, в чем разница

Современные условия производства бензинов подразумевают добавление в воздушно-топливную смесь различных присадок ещё на этапе нефтепереработки в заводских условиях. Различные технические условия, изложенные в государственных стандартах, ограничивают содержание таких веществ. Но для того, чтобы бензин выполнял свои функции в автомобиле, в качестве добавок всё же разрешены спирты, эфиры и другие, безопасные для деталей авто, для окружающей среды и человека соединения. 

С помощью таких присадок можно улучшить эффективность горения смеси, поднять октановое число – порог детонации. Так бензин марки АИ-92 имеет меньше присадок в составе, в 98-м и 100-м их, соответственно, больше. Чем меньше дополнительных веществ в составе, тем резче возникает вспышка, тем быстрее прогорает воздушно-топливная смесь. 

Этот процесс связан и с температурой выкипания: параметр, который показывает, возможно ли запускать двигатель в холодную погоду. Если бензин содержит больше трудноиспаряемых фракций, чем положено по ГОСТ, температура замерзания топлива, изменится.  Низкое качество нефтеперегонки и присутствие тяжёлых фракций однозначно приведёт к неполному сгоранию горючего в цилиндрах двигателя, перерасходу топлива и масла, смываемого со стенок цилиндров, засорению топливного фильтра. В то же время легкоиспаряемые фракции в составе топлива создают повышенное давление насыщенных паров. 

Давление насыщенных паров (ДНП) – параметр, что определяет целесообразность применения одного из видов бензинов зимой. Если купленный на АЗС бензин соответствует указанным в сертификате параметрам качества, состав демонстрирует лучшие пусковые качества двигателя в холодное время года, так как такое топливо способно выдержать большее давление насыщенных паров. 

ДНП – это также один из показателей качества горючего: 

✔ Чем выше это значение, тем больше в топливе легкоиспаряемых, кипящих фракций, но также выше опасность появления паровых пробок, что приводит к проблемам с пуском двигателя;

✔ Высокое значение в рамках нормы – показатель хороших пусковых свойств горючего, быстрый старт и прогрев двигателя.  

Из-за низких температур меняется и состояние только некачественного топлива – на морозах такой составы замерзает буквально, то есть превращается в гель, желеобразную субстанцию.  Испаряемость воздушно-топливной смеси утрачивается, как и качество её распыления. Если замерзает бензин, это говорит о присутствии в составе тяжелых фракций, в том числе парафинов, которые и приводят к загустению смеси. Температура замерзания горючего имеет решающее значение только в условиях крайне холодного климата, а проблемы с кристаллизацией топлива больше свойственны дизельным сортам. 

Какой бензин заправлять летом и зимой

Качественный, приобретенный на АЗС с высоким рейтингом надёжности, у проверенных производителей. Проблему замерзания бензина по сути, уже решили производители продуктов нефтепереработки, ещё на этапе производства. На заправки надёжных поставщиков топливных продуктов поставляется сезонный бензин, тот, что рекомендуется к эксплуатации при соответствующих температурах окружающей среды.    

Также стоит учесть «гигиену» заправочного процесса.  Если при не самой холодной  температуре замерзает бензин, стоит обратить внимание на возможное попадание в бак воды. В этом случае эффективность работы топливной системы ухудшает не сам бензин, а именно замерзшая вода. Качество горючего при этом остаётся достаточно высоким.  

Каким правилам нужно следовать, чтобы избежать проблем с замерзанием:

✔ Пользоваться моющими, абсорбирующими присадками – такие составы эффективно удаляют влагу из топливной системы, очищают пути подачи горючего;

✔ Обеспечить защиту заливной горловины от намеренных действий посторонних;

✔ Не заправляться на сомнительных АЗС. 

В помощь всем, кто заботится о качестве заливаемого горючего – карта надёжных автозаправок по всей России.

 

Катализаторы горения — Миксент

Всемирная Топливная Хартия принятая ведущими производителями топлива предусматривает достаточно жесткие требования предъявляемые к топливу используемому для заправки автомобилей. Это необходимо для выполнения международных норм по содержанию вредных веществ в выхлопных газах двигателей. Для соблюдения этих требований конструкторы разрабатывают все более форсированные двигатели, а нефтепереработчики более чистые топлива, снижая в них содержание ненасыщенных, ароматических, полициклических углеводородов и содержание серы, отсутствие которой, приводит к повышенному износу топливной аппаратуры. Чтобы избежать отрицательного влияния отсутствия серы разработаны противоизносные присадки, к примеру, Миксент 2030.

Спрос на катализаторы горения

Жёсткие требования предъявляемые к топливу не всегда можно достичь в процессе нефтеперегонки по различным причинам, в том числе технологическим и экономическим, поэтому производители на конечном этапе используют присадки. Из-за этого растет внимание к «катализаторам горения» топлива. Это хорошо видно на примере патентования модификаторов горения дизельных топлив, рис. 1.

Классическим примером высокоэффективного промотора воспламенения применяющегося для улучшения полноты сгораемости дизельного топлива с меньшими выбросами вредных веществ в отработавших газах и соблюдения норм «ЕВРО» является цетаноповышающая присадка Миксент 2000.

Среди представленных модификаторов горения большой интерес представляет отдельный класс присадок, а именно — катализаторы горения.

Для более полного представления о том, что такое катализаторы горения приведем выдержки из статьи директора АПИ Василия Сердюка и его заместителя по научной работе Льва Ашкинази.

Катализаторы горения — что это?

Катализаторы горения – это вещества, изменяющие процесс горения (окисления) топлива, которые изменяют скорость и полноту сгорания топлива. Введение их в исходные топлива позволяет получить новые топлива с улучшенными свойствами.  

Катализаторы горения предназначены для снижения энергии активации реакций окисления, происходящих в камере сгорания ДВС. Следствием снижения энергии активации является возможность проведения процесса окисления горючего и обеспечение полноты его сгорания при более низких температурах. Понижение температуры в камере сгорания приводит к уменьшению максимального давления в ней и, следовательно, к снижению жесткости работы двигателя, а также к уменьшению выбросов вредных веществ с отработавшими газами.

Известно, чем выше температура воспламенения горючего, тем меньше скорость его горения, катализаторы горения предназначены для увеличения скорость горения топлива. При прочих равных условиях ускоряющее действие катализатора будет тем больше, чем медленнее протекает некатализируемый процесс горения. Следовательно, наибольшее действие катализаторы будут оказывать на горение высококипящих углеводородов топлива, т.е. процесс догорания топлива. 

Катализаторы горения применяются в концентрации от 0,001 до 0,01%, фактически не изменяют физико-химические свойства базового топлива, но обеспечивают изменение процесса его горения, переводя топливо в новый класс, соответствующий выполнению норм выбросов ЕВРО-2, ЕВРО-3, ЕВРО-4, при работе на исправном двигателе.

К катализаторам горения относятся органические соединения металлов первой, второй и переходной групп, применяемые в рабочей концентрации порядка нескольких ppb (parts per billion — частей на миллиард, например, мкг/кг или 1·10-7%) в пересчете на металл. Столь ничтожная концентрация катализаторов горения практически не влияет на загрязнение ими камеры сгорания и свечей зажигания.

Катализаторы горения могут выполнять частично роль каталитических нейтрализаторов. Например, в бензин вводят соединения платины, палладия, рения, родия, которые, пройдя камеру сгорания, отлагаются в виде металлов на стенках выхлопной системы и действуют как обычные катализаторы дожига. В более тяжелых топливах хороший эффект достигается введением соединений железа, например ферроцена в количестве 0,001-0,003%.

Присадки, в состав которых входят органические соединения металлов, применяют с 1950 г. и интерес к ним не ослабевает. Наиболее широко известны присадки ферроцена (дициклопентадиенилжелеза) и его производных, соединений марганца, меди, никеля, лития и других органических соединений металлов, а в некоторых случаях даже их оксиды. Бензины с такими присадками, в сравнении с бензинами без них, дают некоторое изменение эмиссии углеводородов, оксидов азота, оксида углерода, особенно на автомобилях с большим пробегом (более 60 тыс. км), и повышают эффективность работы каталитических преобразователей отработавших газов, уменьшая нагрузку на них за счет догорания топлива в камере сгорания.

Введение ферроцена в концентрации 15 ppm (parts per million — частей на миллион, например, мг/кг или 0,0001%) не оказывает отрицательного воздействия на работу двигателя, но положительно влияет на работу катализаторов дожига и увеличивает октановое число бензинов. Более того, ферроцен оказывает еще и каталитическое воздействие на процесс горения топлива, частично уменьшая нагар в камере сгорания и улучшая некоторые экологические характеристики двигателя, при одновременном небольшом снижении расхода топлива.

Для предотвращения возможного образования отложений, при использовании металлсодержащих органических соединений в составе катализаторов горения, широко используются присадки-выносители, способствующие удалению металла из камеры сгорания и со свечей зажигания.

Применение некоторых композиций металлорганических соединений позволяет существенно улучшить работу каждой присадки в отдельности, проявляя, в некоторых случаях, синергетический эффект.

В последнее время широко распространяются зольные присадки к автомобильным топливам содержащие металлокомплексные соединения, в которых в качестве лиганда используются соединения хелатного типа. Одним из достоинств металлокомплексных присадок является их многофункциональность. Широко используются композиции металлорганических соединений хелатного типа в растворителях — кетонах, дикетонах, оксимах, эфирах и т.д. Такие присадки являются универсальными многофункциональными перспективными катализаторами горения топлив. Среди них наиболее эффективны и наименее токсичны соли железа, которые были допущены в России к применению в топливах.

В результате давних споров о влиянии на каталитическое действие присадки металла и органического радикала в настоящее время считается общепринятым, что решающее влияние оказывает природа металла, входящего в состав присадки. Влияние лигандов — органической составляющей в формуле присадки незначительно:

Таблица 1. Изменение октанового числа (DОЧ по моторному методу) для эталонного топлива (60% изооктана и 40% н-гептана) в присутствии различных присадок:

Октанповышающая присадка	Концентрация металла присадки в топливе, г/кг	DОЧ
Тетраэтилсвинец (C2H5)4 Pb	0,15	+5,0
Метил (триаэтил) свинец СН3Pb (C2H5)3	0,30	+12,4
Тетраэтилгерманий (C2H5)4 Ge	0,30	-1,5
Пентакарбонил железа Fe(CO)5	0,15	+4,4
Гексакарбонил хрома Cr(CO)6	0,15	-5,3
Димарганецдекакарбонил Mn2(CO)10	0,15	+7,0
Циклопентадиенилтрикарбонилмарганец С5Н5Mn(CO)3	0,10	+7,5
Меитлциклопентадиенил-трикарбонилмарганец СН3С5Н 4Mn(CO)3	0,10	+7,5
Этилциклопентадиенилтри-карбонилмарганец С2Н5С5Н 4Mn(CO)3	0,10	+7,5
Ферроцен (С5Н5)2	0,10	+7,0
Диэтилферроцен (C2H5С5Н5)2 Fe	0,10	+7,5

Из таблицы 1 видно, что введение большого количества свободных радикалов (СН3*, С2Н5* и других) в состав металлорганических соединений лишь незначительно изменяет детонационную стойкость топлив в камере сгорания, а замена одного металла на другой качественно изменяет эффективность действия. Поэтому, исследователи на первых порах обратили основное внимание, прежде всего, на свойства металлов, как носителей анти- и продетонационных свойств. Оказалось, что большей как АД-, так и ПД- эффективностью обладают наиболее тяжелые, а значит, и самые крупные атомы.

Предпринимались попытки выстроить ряды каталитической активности для металлов антидымных присадок. Е.В. Бернштейн получил соединяющий ряд антидымной активности металлов в двигателях с открытой камерой сгорания типа Гессельмана:

Ва > Са > Ni > Со > Сг > Ре > Си > Mg > Al > Na, К, Zn.

Другие авторы предлагают ряд, который выглядит следующим образом:

Mn > Ва > Fe > Cu > Со > Mg > Ni > Pb.

Различие объясняется разными типами двигателей, которые были использованы в том и в другом случае, поскольку эффективность катализаторов зависит от способа смесеобразования в двигателях разного типа.

Механизм действия присадок

Для объяснения механизма действия металлсодержащих антидымных присадок выдвинуто несколько версий. Первая основана на том, что в пламени металлы образуют ионы, которые уменьшают скорость зародышеобразования сажевых частиц и их коагуляцию. Главным образом, это относится к легкоионизирующимся щелочным металлам. Второй механизм предложен для щелочноземельных металлов и сводится к их реакциям с продуктами горения топлива, в результате которых образуются гидроксильные радикалы. Последние газифицируют сажу. Сюда же примыкает гипотеза о том, что барий, окисляясь на первых стадиях горения избытком кислорода, переносит его на последние стадии, где наблюдается недостаток кислорода. На основании результатов оптического зондирования горящей смеси лучом гелий-неонового лазера сделано предположение, что бариевые антидымные присадки ускоряют выгорание сажи, образующейся при диффузионном горении капель топлива, не влияя на выгорание сажи, образующейся при горении уже испарившейся части топлива. Наиболее эффективны такие присадки при горении тяжелых топлив в форсированных режимах или при малом угле опережения впрыска, когда большая масса топлива не успевает испариться.

Весьма сходно с антидымными присадками действие антинагарных и нагароочищающих присадок, предназначенных 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 нагароочищающие и удалять с деталей двигателя образовавшийся ранее нагар. При такой нагароочистке возможно временное повышение дымности и токсичности ОГ, так как часть удаляемого нагара не успевает выгорать и выбрасывается в атмосферу.

В общем случае присадки модифицируют структуру нагара, оказывают каталитическое действие на его выгорание и смывают частицы нагара и продукты его превращения. Показательна присадка «Антикокс», содержащая катализатор горения — медную соль органической кислоты. 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, изменилась. Нагар стал рыхлым и легко снимался протиранием поверхности без соскабливания и кипячения. Аналогично действие антисажевых присадок, предназначенных для уменьшений скорости забивки сажевых фильтров, устанавливаемых на автомобилях перед каталитическими нейтрализаторами или непосредственно в выпускном тракте. Сажевые фильтры любой конструкции теряют пропускную способность и требуют регенерации уже через 200-500 км пробега, а иногда и раньше. Наличие присадки обеспечивает постепенное выжигание сажи, устраняя опасность перегрева при периодических регенерациях.

Иногда металл используют не в виде присадки, а наносят на поверхность фильтра. При нормальной работе двигателя этот прием дает такой же экологический эффект, как и введение присадки в топливо. Однако каталитические покрытия медленно отравляются серой, содержащейся в топливе. Кроме того, если двигатель долгое время работает в режиме холостого хода и на малых нагрузках, когда температура ОГ невелика, каталитическое покрытие не обеспечивает выгорания сажи, которая накапливается, а при переходе двигателя на большие нагрузки сажа интенсивно выгорает с развитием опасных для фильтра температур. Что же касается присадки, то в режиме холостого хода для достижения необходимого эффекта можно просто увеличить ее концентрацию в топливе.

Рекомендуемые концентрации антисажевых присадок составляют 0,01-0,02% при номинальной нагрузке. В пересчете на металл, являющийся каталитической основой присадки, это составляет десятки ppm. В режиме холостого хода присадки требуется на порядок больше.

Принцип действия антисажевых присадок в первом приближении заключается в понижении температуры выгорания сажи до 250-300°С, сравнимой с температурой ОГ, с помощью добавок соединений меди, железа и других металлов. Металлы сгорают до оксидов, которые затем легко восстанавливаются сажей на поверхности фильтра.

Катализаторы горения светлых топлив предназначены инициировать горение топлив, особенно на последних стадиях, характеризующихся недостатком кислорода. Присадки этого типа используют преимущественно в мазутах, но в некоторых случаях вводят и в светлые топлива. Наибольший эффект от применения катализаторов горения наблюдается в дизельных топливах, горючая смесь которых в камере сгорания гетерогенна, т. е. состоит из паров и мелких капель топлива, а также частиц сажи. Вообще, чем тяжелее топливо, тем эффективнее действие присадки. В качестве активного компонента катализаторы горения содержат соединения металлов, катализирующих окисление углеводородов: железа, меди, марганца и др. Патентуются также беззольные присадки, например на основе органических пероксидов. В этом случае их называют инициаторами. Рабочие концентрации катализаторов горения лучше всего устанавливать по металлу. Достаточно, если в топливе будет 5 – 50 ppm металла-катализатора. Концентрации самих присадок в таком случае будут составлять сотые доли процента.

Следует заметить, что мировой опыт использования катализаторов горения в светлых топливах невелик. Поэтому многие вопросы, связанные с оптимальными условиями применения присадок, их побочным действием и т.д., до конца не выяснены.

Полагают, что соединения щелочных и щелочноземельных металлов повышают концентрацию гидроксил-ионов в пламени. Последние, сорбирующиеся на поверхности горящих частиц и являющиеся сильными окислителями, участвуют в реакции горения. Соединения переходных металлов служат переносчиками кислорода с первых стадий горения, характеризующихся его избытком, на последние, где окислителя не хватает.

Оценка эффективности катализаторов горения

Оценка эффективности катализаторов горения осуществляется по экономичности двигателя и токсичности отработавших газов.

Катализаторы горения по-разному действуют на сгорание бензинов и дизельных топлив, что объясняется разным составом топлив и состоянием горючей смеси в камере сгорания. При добавление катализатора горения в топливо ускоряются процессы окисления, что приводит в дизельном двигателе к более полному сгоранию тяжелых остаточных фракций в основной фазе сгорания и снижению доли топлива, сгорающего в фазе догорания. Это приводит к уменьшению удельного расхода топлива. В присутствии катализаторов горения на последней стадии процесса происходит догорание топлива практически до конца, что приводит к более высокому давлению на поршень в заключительной стадии его движения. В целом топливо сгорает быстрее, хотя и снижается максимальная скорость сгорания топлива. Т.е. на стадии начала горения катализатор тормозит скорость окисления топлива, а на второй при догорании за фронтом пламени ускоряет процесс горения и делает его более полным. В результате двигатель начинает работать «мягче», что снижает напряженность деталей и увеличивает ресурс двигателя.

Предполагается, что в бензиновом двигателе работа на топливе с катализатором горения приводит к более углубленному пиролизу не испарившейся части топлива, т.к. сгореть эта часть топлива не может из-за недостатка кислорода, вызванного тем, что бензиновый двигатель работает с коэффициентом избытка воздуха близким к единице.

Катализаторы горения способствуют уменьшению нагрузки на каталитические нейтрализаторы и сажевые фильтры, так как происходит более полное сгорание топлива и количество вредных веществ в отработавших газах существенно снижается, в зависимости от марки автомобиля, его состояния и качества исходного топлива, табл. 2.

Таблица 2. Снижение содержания вредных веществ в отработавших газах ДВС при использовании каталитических присадок (0,01% об.)

Вредный компонент ОГ	Присадка
	«0010»	«0011»
Дымность	до 90	–
Оксиды азота	до 50	до 55
Оксид углерода	до 85	до 85
Углеводороды	до 65	до 80
Бенз(a)пирен	до 40	до 90
Альдегиды	до 60	до 16
Аэрозоль	до 20	-
Масляный туман	до 20	до 100

Испытания присадок

Моторные испытания экологической каталитической комплексной присадки к дизельному топливу «0010» проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 14846 и ГОСТ 14846 на испытательных стендах, оборудованных двигателем КАМАЗ-740. 10 и двигателем ВАЗ-2108.

Стендовые испытания показали, что введение экологических каталитических присадок в автомобильные топлива приводит к:

• увеличению мощности и коэффициента полезного действия;
• снижению удельного расхода топлива;
• уменьшению содержания вредных веществ (CO, CH, NOx и дымности, альдегидов, бенз(а)пирена и др.) в отработавших газах двигателей.

Прибавление к топливу моющих присадок уменьшает отложения на впускных клапанах, но увеличивает отложения в камере сгорания. Прибавление к топливу с моющими присадками катализаторов горения приводит к более полному сгоранию топлива и устраняет отложения в камере сгорания.

Общеизвестно, что содержание оксидов азота в ОГ двигателей напрямую связано с температурой в камере сгорания (КС). Под действием катализатора снижается энергия активации процессов горения топлива и увеличивается полнота его сгорания.

На всех автомобилях и всех режимах холостого хода (ХХ) наблюдается устойчивое и заметное снижение содержания SO2 в ОГ. Наименее эффективно катализатор горения «0011» работал на двигателе автомобиля Mazda B-Series (рег. № 8884 35D), где снижение содержания SO2 составило до 70 и 60 % на минимальных и повышенных оборотах ХХ соответственно. Наиболее эффективно действие катализатора на двигателеMercedes 300, где максимальное снижение содержания диоксида серы составило более 90 %.

Содержащиеся в топливе сернистые соединения в виде органических тиолов, сульфидов и дисульфидов (в том числе в составе гетероциклических соединений) достаточно легко расщепляются по связям S — H (энергия связи 83 Ккал/моль), S — С (65 Ккал/моль) и окисляются кислородом. Этот процесс катализируется железом, которое всегда присутствует в топливе.

При недостатке кислорода, а на всех двигателях установлен лямбда-зонд, поддерживающий стехиометрическое соотношение кислород — топливо, сульфидная сера сгорает не до SO2, а по уравнению:

S-2 + O2 ® S0 + 2О-2 + Q

где: Q — выделяемое тепло.

Кроме того, известно, что под действием специальных катализаторов при t > 500 °C диоксид серы способен вступать в реакцию взаимодействия с монооксидом углерода:

O2 + 2CO ® S0 + 2CO2 + 52 Ккал

В присутствии следов воды, которая всегда содержится в отработавших газах, возможно протекание окислительно-восстановительного процесса:

2S-2 + SO2 ® 3S0 + Q

Все эти реакции приводят к образованию элементарной серы, которая выносится с ОГ. Если диоксид серы является весьма вредным химически веществом, токсичной примесью в атмосферном воздухе промышленных городов; при концентрации 0,03-0,05 мг/л в воздухе вызывает раздражение глаз, горла и заболевания верхних дыхательных путей, то элементарная сера — одно из наиболее старых средств борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений.

Изменение процесса горения топлива при постоянном применении катализатора горения в качестве присадки к дизельному топливу приводит к более полному сгоранию компонентов топлива, уменьшению вредных компонентов и очистке камеры сгорания, клапанов.

На рисунке 2 приведен обобщенный график, характеризующий тенденцию содержания вредных веществ в отработавших газах двигателя, работающего на топливах с катализаторами горения.

Рис. 2. Изменене содержания вредных веществ в отработавших газах ДВС.

На I участке кривой наблюдается резкое снижение содержания вредных веществ в отработавших газах, вызванное каталитическим действием присадок на процесс сгорания топлива.

Увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах на II участке объясняется постепенным выгоранием скопившихся в камере сгорания и газовыхлопном тракте отложений, нагаров и лаков. В первую очередь выгорают лаки, затем нагары, кокс и зольные отложения камеры сгорания, которые модифицируются радикалами катализатора. Модификация процесса горения приводит к понижению температуры выгорания отложений, которые выносятся отходящими газами. В результате восстанавливаются конструкционные параметры камеры сгорания и нормализуется рабочий процесс в цилиндрах. Подобный ход кривой объясняется большим недостатком кислорода в камере сгорания. На III участке наблюдается та же картина, что и на I.

Применение катализаторов горения

Применение катализаторов горения в сочетании с различными топливами дает возможность снизить требования конкретного двигателя к октановому числу бензина, вследствие очистки камеры сгорания. При накоплении в камере сгорания нагара с низкой теплопроводностью и теплоемкостью, требования к октановому числу бензина повышаются на 10 – 12 пунктов. Профессором Е.Р. Магарилом с сотрудниками в результате эксперимента, проведенного на автомобиле ВАЗ 2106, установлено, что после пробега равного 400 км на бензине, содержащем никелевый катализатор горения, оказалось возможным перейти на бензин А-76 с присадкой вместо бензина АИ-92.

Катализаторы горения тяжелых топлив применяются для снижения механического недожога и выбросов сажи в окружающую среду. При умелом использовании катализатора можно добиться и снижения выбросов оксидов азота, хотя на первый взгляд интенсификация процесса горения приводит к повышению температуры пламени и, как следствие, ускорению образования оксидов азота. При сгорании остаточных топлив только часть оксидов азота образуется путем связывания азота воздуха. Другая часть представляет собой «топливные оксиды», образование которых зависит, прежде всего, от концентрации кислорода. Поскольку в присутствии катализатора для хорошего горения требуется меньший избыток воздуха, меньше образуется и топливных оксидов азота. Чем меньше избыток воздуха, тем меньше потери тепла с уходящими газами. Таким образом, при использовании катализаторов горения увеличивается и тепловой КПД установки.

Принцип действия заключается в окислении сажевых частиц катализатором горения или продуктами его превращении в зоне горения. Например, переходные металлы являются переносчиками кислорода с первых стадий горения, на которых кислород находится в избытке, на последние стадии, где испытывается его недостаток:

МxОy + С ® СО + МxОy-1.

Щелочные и щелочно-земельные металлы повышают концентрацию в пламени гидроксид-ионов. Последние, являясь окислителями, также ускоряют горение сажистых частиц.

По эффективности металлы как катализаторы горения располагаются в ряд:

Mn > Sn > Сu > Со > Zn > Мо > Mg > Fе > Са

Показателями эффективности катализатора горения служат — снижение механического недожога и уменьшение дымности отходящих газов!

Итак, что мы имеем?

Преимущества применения катализаторов горения

Применение катализаторов горения в концентрации от 0,002-0,01% наибольший эффект дают в дизельных топливах и позволяет получить следующие ПРЕИМУЩЕСТВА:

• увеличить КПД и мощность двигателя за счет более полного сгорания топлива;
• очистить камеру сгорания, свечи и газовыхлопной тракт от нагаров и отложений;
• уменьшить удельный расход топлива до 7 %;
• повысить экономичность эксплуатации автотранспорта;
• увеличить мощность двигателя за счет увеличения полноты сгорания топлива;
• снизить чувствительность двигателя к качеству топлива;
• использовать топливо с более низким октановым числом;
• получить большую эффективность на менее качественном топливе;
• ускорить регенерацию катализаторов дожига;
• уменьшить нагрузку на катализаторы дожига и сажевые фильтры;
• снизить содержание вредных примесей в отработавших газах;
• сохранить физико-химические свойства топлива;
• снизить жесткость работы двигателя;
• несколько увеличить октановое число бензинов;
• возможность вводить их в баки автотранспорта, автоцистерны, танки судов, цистерны хранения, хранилища АЗС перед их заливкой топливом;

Недостатки катализаторов горения

Катализаторы горения имеют и некоторые НЕДОСТАТКИ:

• увеличивают стоимости топлива;
• при применении присадок на базе щелочных металлов возможна коррекция угла опережения зажигания;
• мировой опыт использования катализаторов горения невелик. Поэтому многие вопросы, связанные с оптимальными условиями применения присадок, их побочным действием и т.д., до конца не выяснены.

Стоит ли применять катализаторы горения?

Плюсы

Проведению исследований и испытаний с целью создания катализатора горения для улучшения топлива с целью получения экономии и уменьшения выброса загрязняющих веществ в отработанных газах.

Минусы

В связи с малоизученностью темы недобросовестные предприниматели используют данную тему для получения сверхприбыли. За последние два года отмечается наибольшее увеличение предложений «катализаторов горения».

сгорания — Почему температура самовоспламенения бензина выше, чем у дизеля?

Температура самовоспламенения определяется в Википедии следующим образом:

Температура самовоспламенения или точка воспламенения вещества – это самая низкая температура, при которой оно самовозгорается в нормальной атмосфере без внешнего источника воспламенения, такого как пламя или искра. Эта температура необходима для подачи энергии активации, необходимой для горения.

Бензин (или бензин для неамериканцев) имеет температуру самовоспламенения примерно на 50 °C выше, чем у дизельного топлива.

Ответ сводится к объяснению того, почему типичные химические вещества, составляющие два вида топлива, имеют разные барьеры энергии активации для горения в воздухе. Эта реакция в основном включает в себя составляющие молекулы, получающие достаточно энергии для реакции с кислородом.

Мы можем получить грубое (и, возможно, слишком упрощенное) представление, рассмотрев типичные компоненты двух видов топлива. Дизель, как правило, состоит из линейные насыщенные углеводороды; бензин обычно представляет собой смесь разветвленных и ненасыщенных углеводородов. Итак, немного упрощая, типичный компонент дизельного топлива будет иметь большую площадь поверхности, чем типичный компонент бензина (углеводороды с разветвленной цепью более «сгруппированы», чем их линейные аналоги с таким же количеством атомов углерода). Иными словами, в линейных углеводородах каждый углерод имеет, по крайней мере, два атома водорода между ним и любыми окружающими молекулами кислорода из воздуха, но в ненасыщенных или разветвленных углеводородах атомы углерода компонента часто скрыты внутри, потому что они окружены другими атомами углерода. (рассмотрите формы молекул линейного гексана и 2,2-диметилбутана, которые имеют одинаковое количество атомов углерода).

Это очень упрощенный взгляд на вопрос, но он дает некоторое представление. В типичной дизельной смеси просто больше возможностей для кислорода атаковать молекулу и запустить реакцию, потому что количество молекулы, выставленной наружу, выше. Будучи более компактными (много атомов углерода находится глубоко внутри молекулы), в компонентах бензина меньше возможностей для этого.

Чтобы началась реакция, некоторые молекулы в смеси должны обладать достаточной тепловой энергией для реакции при встрече. А кислород должен достаточно сильно ударить по углеводороду, иначе реакции не будет. Как только начинается реакция окисления, она высвобождает энергию, увеличивая вероятность другой молекулярной реакции. В определенный момент, когда энергии от новых реакций достаточно, и смесь не распространяется слишком быстро, это становится неуправляемый процесс , и смесь взрывается. Этот процесс на молекулярном уровне проще для дизельного топлива, чем для бензина, потому что вероятность того, что кислород вызовет химические изменения при столкновении с углеводородом, выше.

Конечно, задействовано множество других факторов, но эта грубая картина дает по крайней мере некоторую полезную информацию. Это было обнаружено экспериментально на заре разработки двигателей, когда конструкторы заметили, что разные экстракты из масла имеют разные свойства сгорания в двигателях, и усовершенствовали способ перегонки масла, чтобы придать им поведение, которое они хотели в своих двигателях.

Дизельное топливо 101 | Коммерческое топливо, доставка бензина Worcester MA

Разработка двигателя внутреннего сгорания началась в конце восемнадцатого века. Медленный, но неуклонный прогресс был достигнут в течение следующих ста лет. К 1892 году Рудольф Дизель получил патент на поршневой двигатель с воспламенением от сжатия. Но его первоначальная конструкция, в которой в качестве топлива использовалась угольная пыль, не сработала.

Тридцатью тремя годами ранее, в 1859 году, в Пенсильвании была обнаружена сырая нефть. Первым продуктом переработки сырой нефти было ламповое масло 9.0031 (керосин) . Поскольку только часть сырой нефти давала хорошее ламповое масло, нефтепереработчикам пришлось придумывать, что делать с остальной частью бочки. Дизель, понимая, что жидкие побочные продукты нефти могут быть лучшим моторным топливом, чем угольная пыль, начал экспериментировать с одним из них. Это изменение топлива в сочетании с некоторыми изменениями механической конструкции привело к созданию успешного прототипа двигателя в 1895 году. Сегодня и двигатель, и топливо по-прежнему носят его имя.

Первые коммерческие дизели были большими двигателями, работающими на низких оборотах. Они использовались для питания кораблей, поездов и промышленных предприятий. К 19В 30-е годы дизели также приводили в движение грузовики и автобусы. Попытки в конце 30-х распространить использование двигателя на легковые автомобили были прерваны Второй мировой войной. После войны автомобильный дизель стал очень популярен в Европе, но не имел сопоставимого успеха в Соединенных Штатах.

ЗАПУСК

При запуске холодного дизельного двигателя (холодный пуск) теплота сжатия является единственным доступным источником энергии для нагрева газа в камере сгорания до температуры, при которой начинается самовозгорание топлива ( около 750°F [400°C]). Поскольку стенки камеры сгорания изначально имеют температуру окружающей среды, а не рабочую температуру, они являются значительным теплоотводом, а не источником тепла. А поскольку скорость вращения коленчатого вала ниже рабочей скорости, сжатие также происходит медленнее, что дает сжатому воздуху больше времени для отдачи тепла стенкам камеры. (А Свеча накаливания обеспечивает дополнительный источник тепла в дизельных двигателях с непрямым впрыском.)

Даже после запуска двигателя температура в камере сгорания может быть слишком низкой, чтобы вызвать полное сгорание впрыскиваемого топлива. Образовавшееся несгоревшее и частично сгоревшее топливо выбрасывается в виде тумана из мелких капель, который выглядит как белый дым (холодный дым) . Такая ситуация обычно длится менее минуты. Топливо с более высоким цетановым числом может уменьшить проблему за счет сокращения времени, в течение которого несгоревшее топливо выбрасывается в атмосферу.

Топливо, которое сгорает быстрее, требует меньшего количества оборотов для запуска двигателя. Таким образом, при прочих равных условиях топливо с более высоким цетановым числом облегчает запуск двигателя.

 

 

ЦЕТАНОВОЕ ЧИСЛО

Цетановое число дизельного топлива является показателем того, насколько легко и полно топливо сгорает в камере сгорания. Чем выше цетановое число, тем быстрее воспламенится топливо и тем полнее оно сгорит. Эти характеристики важны, потому что по мере того, как топливо сгорает быстрее и полнее, двигатель работает с большей производительностью и производит меньше вредных выбросов.

Дизельное топливо в Северной Америке с типичным цетановым числом 40-42 обычно имеет более низкое цетановое число, чем дизельное топливо из других регионов мира.

Горение вызывает быстрое выделение тепла и быстрое повышение давления в камере сгорания. Быстрый рост давления вызывает стук дизеля , который очень слышен для некоторых дизелей. Увеличение цетанового числа топлива может уменьшить детонацию за счет сокращения задержки воспламенения. К моменту начала сгорания впрыскивается меньше топлива, и у него меньше времени на смешивание с воздухом. В результате быстрое повышение давления вместе с возникающей звуковой волной меньше.
Высококачественное дизельное топливо премиум-класса, такое как продукты, продаваемые Radio Oil Co. , Inc., содержат дозу присадки, улучшающей цетановое число. Добавление этой присадки способствует более быстрому запуску холодных двигателей, значительно улучшает эффективность сгорания и снижает вредные выбросы. В целом, двигатели просто работают лучше.

Топливо с высоким цетановым числом может даже обеспечить большую мощность. Дизельное топливо с добавлением присадки, улучшающей цетановое число, имеет более высокое содержание Btu, чем даже топливо с естественным высоким цетановым числом. А более высокое содержание БТЕ означает больше энергии на галлон и в конечном итоге большая мощность и лучшая экономия топлива . Таким образом, использование нашего дизельного топлива дает вам лучшее из обоих миров — более высокое цетановое число и более высокое содержание энергии (БТЕ). Дизельное топливо с высоким цетановым числом обеспечивает:

• Более полное сгорание
• Улучшенный холодный пуск
• Меньше шума и детонации двигателя
• Уменьшение белого дыма и времени прогрева
• Меньше пропусков зажигания
• Более низкие выбросы выхлопных газов: оксиды азота, углеводороды, монооксид углерода и иногда твердые частицы.

ЧИСТОТА

Топливо и/или картерная смазка могут образовывать отложения в области сопел форсунок – области, подверженной воздействию высоких температур цилиндра. Степень образования отложений зависит от конструкции двигателя, состава топлива, состава смазочного материала и условий эксплуатации. Чрезмерные отложения могут нарушить форму распыла форсунки, что, в свою очередь, может затруднить процесс смешивания топлива с воздухом. В некоторых двигателях это может привести к снижению расхода топлива и увеличению выбросов.

Моющие присадки, подобные тем, которые содержатся в нашем дизельном топливе премиум-класса, могут очищать топливные форсунки от отложений и поддерживать чистоту форсунок. Эти присадки состоят из химических веществ, которые связываются с существующими отложениями, а также элементов топлива, которым суждено стать отложениями, и химических веществ, растворяющихся в топливе. Таким образом, добавка может повторно растворять уже образовавшиеся отложения и уменьшать возможность образования отложений предшественниками отложений.

Диспергирующие добавки работают в сочетании с моющими средствами. Они рассеивают твердые частицы, образующиеся в результате действия моющих средств, предотвращая их скопление в агрегаты, достаточно большие, чтобы закупорить топливные фильтры или форсунки.

СМАЗЫВАЮЩИЕ СВОЙСТВА

Смазочные присадки используются для компенсации плохой смазывающей способности дизельного топлива, подвергнутого глубокой гидроочистке. Они содержат полярную группу, которая притягивается к металлическим поверхностям, в результате чего добавка образует тонкую поверхностную пленку. Пленка действует как граничная смазка при контакте двух металлических поверхностей.

СТАБИЛЬНОСТЬ

Стабилизаторы дизельного топлива помогают поддерживать целостность топлива в течение более длительного периода времени. Плохая стабильность топлива может привести к накоплению шлама, что приведет к засорению фильтров, увеличению отложений в двигателе и форсунках и ухудшению качества топлива. Эти добавки включают антиоксиданты и дезактиваторы металлов.

ХОЛОДНАЯ ПОГОДА

Противообледенительные присадки   Свободная вода в дизельном топливе замерзает при низких температурах. Образовавшиеся кристаллы льда могут закупорить топливопроводы или фильтры, блокируя подачу топлива. В дизельное топливо можно добавлять низкомолекулярные спирты или гликоли для предотвращения образования льда. Спирты/гликоли преимущественно растворяются в свободной воде, придавая полученной смеси более низкую температуру замерзания, чем у чистой воды.

Добавки для работы при низких температурах  Это присадки, которые снижают температуру застывания или помутнения дизельного топлива или улучшают его свойства текучести при низких температурах. Большинство этих присадок представляют собой полимеры, которые взаимодействуют с кристаллами парафина, образующимися в дизельном топливе при его охлаждении ниже точки помутнения. Полимеры уменьшают влияние кристаллов парафина на расход топлива, изменяя их размер, форму и/или степень агломерации.