6.5Водорозчинні антидетонатори

Серед вимог, які здавна пред'являлися до антидетонаторів, важлива достатня розчинність їх у паливі. В зв'язку з тим, що добавка води до палива в цілому позитивно впливає на робочий процес, виявилося можливим це обмеження послабити.

Вірогідно доведено, що при додаванні в паливо відомих металоорганічних антидетонаторів, наприклад, тетраетилсвинца, відбувається дезактивація перекисів, які накопичуються в процесі без вогневого окислювання вуглеводнів. Зменшення детонації саме й зв'язують зі зниженням концентрації цих перекісних з'єднань. При розпаді перекисів, викликаному інгібіторами окислювання, у досить великій кількості утворяться стабільні радикали, які також перешкоджають детонаційному горінню.

Більша група органічних сполук, наприклад ароматичні аміни, мають готові стабільні радикали, здатні загальмувати детонацію. Інша група органічних речовин, серед яких можуть виявитися досить ефективні антидетонатори, добре розчинні у воді, це феноли. Їхній ароматичний залишок, як й в ароматичних амінів, підсилює кислотні властивості гідроксильної групи. Феноли активно вступають у хімічні реакції й під дією перекисів утворять стабільні феноксильні радикали. Тому вони широко використаються як інгібітори ланцюгових реакцій. Самі активні інгібітори з їхнього числа – пірокатехін, пірогалол, гідрохінон. Ці речовини застосовуються як фотопроявники, і для посилення ефекту, у них додають їдкі луги. Подібним же чином активували феноли, готуючи водорозчинні антидетонатори. Іони металів істотно підсилюють антидетонаційний ефект. Досить сказати, що добавка в паливо 3% пірокатехіна підвищує октанове число на 9 одиниць, а 0,2% пірокатехінового феноляту калію – на 11 одиниць.

6.6Застосування впе на дизелях

Найкращі результати дає застосування ВПЕ на дизелях. Подача емульсії в камеру згоряння забезпечує істотне поліпшення розпилювання палива за рахунок мікровибухів. Наявність води знижує тепловий режим і дозволяє додатково форсувати дизель, у тому числі й застосуванням наддування. При використанні ВПЕ на двигунах із самозапалюванням палива від стиску необхідно пам'ятати, що присутність води збільшує період затримки запалення, а отже, і твердість роботи двигуна. Обводнювання палива до 15% приводить до деякого зниження витрати палива за рахунок додаткового дроблення й більше повного згоряння.

Обводнене дизельне паливо характеризується зниженим цетанового числа і більшим періодом затримки запалення. Однак наявність "мікровибухів" краплі емульсії й вплив на згоряння хімічних факторів присутності води приводять до інтенсифікації тепловиділення й скороченню тривалості згоряння, що сприяє зниженню витрати палива. Питома витрата палива може бути знижений на 2...6%. Димність відпрацьованих газів, зменшується в результаті впливу водяного пару на процес газифікації вуглецю (сажі).

При будь-якому способі подачі води на кожні 10% води, відбувається зниження вмісту NO_x на 8...10%. У той же час добавка води сприяє підвищенню змісту вуглеводнів у відпрацьованих газах. Для поліпшення характеристик двигунів необхідне варіювання вмісту води в емульсії залежно від режиму роботи двигуна, підвищення якості диспергаторов й удосконалювання конструкцій емульгаторів при забезпеченні високої стабільності ВПЕ.

Застосування ВПЕ не вимагає конструктивних переробок дизеля й дозволяє помітно поліпшити екологічні характеристики двигунів внутрішнього згоряння.

Дослідження проведені на дизельному двигуні 4ЧН 12/14 (СМД-19Т) з безпосереднім упорскуванням палива, газотурбінним наддуванням і проміжним охолодженням повітря, що надувається, з метою визначення концентрації в відпрацьованих газах, оксидів азоту, оксиду вуглецю, газоподібних вуглеводнів і димністі газів, при роботі автотракторного дизеля на ВПЕ з різними концентраціями води (до 31,2 % по масі) і рівнем диспергації.

Дослідження дизеля з різними варіантами ВПЕ проведені на стенді науково-дослідної лабораторії кафедри ДВЗ НТУ «ХПИ» за навантажувальних характеристиках при частотах обертання колінчатого вала n = 1000, 1500, 2000 хв ^-1. Максимальні значення потужності на кожній з п відповідали потужності по зовнішній характеристиці дизеля. Проміжні значення - потужностям, що відповідають 0,75, 0,50, 0,25 й 0,10 максимальної потужності. Настановний кут випередження упорскування палива при дослідженнях не змінювався. Дослідження проведені при температурі навколишнього середовища +10...+15С.

Дизель досліджувався: на стандартному дизельному паливі (ДТ), ВПЕ зі змістом води 12,3 % по масі (ВПЕ-12,3-0), ВПЕ зі змістом води 19,4 % по масі (ВПЕ-19,4-0), ВПЕ зі змістом води 23,2 % по масі (ВПЕ-23,2-0), ВПЕ зі змістом води 23,2 % по масі (ВПЕ-23,2-1), ВПЕ зі змістом води 23,2 % по масі (ВПЕ-23,2-2), ВПЕ зі змістом води 31,2 % по масі (ВПЕЗ 1,2-0). Індекси 0, 1, 2 у позначеннях ВПЕ указують на рівень диспергации: 0 - груба диспергация (середній діаметр крапель води в ВПЕ 8...9 мкм), 1 - поліпшена диспергация (середній діаметр крапель води в ВПЕ 5...6 мкм), 2 - тонка диспергация (середній діаметр крапель води в ВПЕ 2...З мкм). Основні характеристики палив наведені в таблиці 1.

Таблиця 2.

Основні характеристики досліджених ВПЕ

Умовна позначка ВПЕ	р20, г/см3	V20 , сСт	Масовий вміст ДТ, %	Масовий вміст емульгатора (ПАР), %	Масовий зміст Н2О, %
ВПЕ-12,3-0	0,8457	5,97	85,4	2,3	12,3
ВПЕ-19,4-0	0,854	6,57	77,3	3,3	19,4
ВПЕ-23,2-0	0,862	6,7	73,4	3,4	23,2
ВПЕ-23,2-1	0,862	7,25	73,4	3,4	23,2
ВПЕ-23,2-2	0,862	7,99	73,4	3,4	23,2
ВПЕ-31,2-0	0,8746	10,42	64,7	4,1	31,2

Результати досліджень. Залежності концентрації токсичних речовин у відпрацьованих газах, і димності газів, від вмісту води в ВПЕ на режимах максимальної потужності при частотах обертання колінчатого валу n = 2000, 1500 й 1000 хв^-1. Дані свідчать про те, що застосування ВПЕ як паливо дозволяє істотно поліпшити екологічні показники дизеля.

З реакцій утворення NOx, пов'язаного з нагріванням, випаром води й перегрівом пари в циліндрі дизеля, приводить до зниження концентрації NOx у відпрацьованих газах. На всіх досліджених частотах обертання колінчатого вала концентрація оксидів азоту, зі збільшенням кількості води в ВПЕ зменшилася. На режимах максимальної потужності концентрація NOx зменшилася в 1,2...1,7 рази при застосуванні ВПЕ-19,4-0 й в 1,6...3,2 разів при застосуванні ВПЕ-31,2-0 у порівнянні з роботою дизеля на ДТ. Зі зниженням частоти обертання колінчатого вала концентрація оксидів азоту знижується більш помітно.

Також ВПЕ позитивно впливає на концентрацію в відпрацьованих газах, оксиду вуглецю. На режимах максимальної потужності зменшення концентрації оксиду вуглецю становить 1,3...1...1,4разу при використанні ВПЕ-19,4-0 й 1,6...2...2,Зразу при використанні ВПЕ-31,2-0 у порівнянні з роботою дизеля на ДТ. Вплив ВПЕ на концентрацію газоподібних вуглеводнів у газах, дизеля неоднозначний й незначний. Зміна концентрації газоподібних вуглеводів на кожному з досліджених режимів для всіх ВПЕ не перевищує 50.. .60 млн ^-1.

Разом з тим можна відзначити тенденцію до росту концентрації газоподібних вуглеводів при збільшенні концентрації води в ВПЕ при номінальній частоті обертання й до зменшення її при частоті обертання колінного вала, що відповідають максимальному крутному моменту.

Безперечною перевагою використання ВПЕ у дизелі є її вплив на димність відпрацьованих газів. На режимах максимального навантаження зменшення димности, становить 1,3... 1,4 разів при використанні ВПЕ-19,4- 0 й 1,3...2,7 рази при використанні ВПЕ-31,2-0. Зі зниженням частоти обертання колінного вала зменшення димності відпрацьованих газів росте.

На екологічні показники дизеля впливає не тільки зміст води в ВПЕ, але й рівень її диспергації.

Для визначення впливу рівня диспергації на концентрацію токсичних речовин у відпрацьованих газах, і димності газів, проведені дослідження дизеля при роботі на ВПЕ-23,2. Результати проведених досліджень на режимах максимальної потужності при частотах обертання колінчатого вала n = 2000, 1500 й 1000 хв^-1 із трьома рівнями диспергації (груба, поліпшена й тонка).

Аналіз отриманих даних свідчить, що рівень диспергації 0 й 1 практично не впливає на екологічні показники дизеля. При забезпеченні тонкої диспергації (середній діаметр крапель води в ВПЕ 1...2 мкм) на режимах максимальної потужності в відпрацьованих газах, зростає концентрація оксидів азоту на 60... 160 ррm, знижується концентрація оксиду вуглецю на 20...30 ppm і димність газів - на 2 % за шкалою димоміра.

Виводи

1. Застосування ВПЕ як паливо без зміни конструкції й регулювань автотракторних дизелів забезпечує ефективне зниження рівня забруднення навколишнього середовища токсичними компонентами відпрацьованих газів. На режимах максимальної потужності:

• концентрація в відпрацьованих газах, оксидів азоту знижується в 1,3...3,5 рази, концентрація оксиду вуглецю знижується в 1,3...2 рази;

• димність відпрацьованих газів, знижується в 1,6...2,5 рази.

2. Більше тонка диспергація ВПЕ знижує концентрацію в відпрацьованих газах, оксиду вуглецю й димність відпрацьованих газів, але збільшує концентрацію оксидів азоту.

3. Вплив ВПЕ і рівня його диспергації на концентрацію в відпрацьованих газах, газоподібних вуглеводнів незначний й неоднозначний.