Цетановое число

Способность ДТ самовоспламеняться оценивают цетановым числом (ЦЧ). Метод оценки самовоспламеняемости топлив для быстроходных дизелей аналогичен методу оценки детонацион­ной стойкости бензинов. В качестве эталонных топлив для опре­деления самовоспламеняемости выбирают два углеводорода: цетан С₁₆Н₃₄ и альфаметилнафталины С10Н₇СН_3.

Самовоспламеняе­мость первого углеводорода условно принята за 100, второго — за 0. Смешивая их можно получить смесь с самовоспламеняемостью от 0 до 100. Таким образом, цетановым числом называется условный показатель, численно равный процентному содержа­нию цетана в такой его смеси с альфаметилнафталином, которая по самовоспламеняемости соответствует испытуемому образцу.

Цетановое число ДТ определяют методом совпадения вспы­шек (рис. 1.8).

Для безотказной работы современных двигателей требуется топливо с цетановым числом летом — не менее 45, зимой — 50. При цетановом числе ниже 45 дизели работают жестко, особен­но зимой, а выше 45 — мягко. Однако использовать топлива с цетановым числом выше 60 нерентабельно, так как жесткость работы при этом изменяется незначительно, а удельный расход топлива возрастает. Последнее объясняется тем, что при повы­шении ЦЧ свыше 55 период задержки воспламенения (время с момента начала подачи топлива в цилиндр двигателя до начала горения) настолько мал, что топливо воспламеняется вблизи форсунки, и воздух, находящийся дальше от места впрыска почти не участвует в процессе сгорания. В результате топливо сгорает не полностью, снижается экономичность двигателя.

Рис. 1.8. Установка ИТ9-3 для определения цетановых чисел ДТ:

1- пульт управления, 2 – топливные бачки, 3 – подогреватель воздуха, зеркало для наблюдения за вспышками, 5 – механизм изменения степени сжатия, 6 – форсунка, 7 – одноцилиндровый двигатель, 8 – насос высокого давления.

ДТ не всегда обеспечивают необходимую самовоспламеняе­мость, поэтому возникает необходимость в повышении цетанового числа. Существуют два основных метода: изменение хими­ческого состава и введение специальных присадок.

Что касается надежности холодного пуска двигателя при раз­личных температурах окружающей среды, то он в большей сте­пени зависит от конструкции двигателя и режима пуска, чем от ЦЧ топлива. При температуре в камере сгорания ниже 350—400 °С горючая смесь уже не будет в состоянии воспламе­няться. Минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала дизеля должна быть 100—120 мин^-1. И чем выше пусковая частота, тем выше температура сжимаемого воздуха, а значит и условия пуска двигателя.

Цетановое число зависит от содержания и строения углево­дородов, входящих в состав ДТ. Цетановые числа алканов — са­мые высокие, самые низкие числа имеют ароматические углево­дороды. Углеводороды, входящие в состав ДТ, по ЦЧ располага­ются следующим образом: 1 — алканы, 2 — циклоалканы, 3 — изоалканы, 4 — ароматические углеводороды. Увеличение числа углеродных атомов в молекулах углеводородов приводит к увели­чению цетанового числа.

Таким образом, повышение содержания н-алканов приводит к увеличению ЦЧ. Однако н-алканы имеют высокую температу­ру кристаллизации, что приводит к ухудшению низкотемпера­турных свойств ДТ.

Введение в ДТ специальных кислородсодержащих присадок способствует легкому выделению активного кислорода. К таким присадкам относятся органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты, которые, попадая в камеру сгорания, ускоряют образование перекисей, от разложения которой ускоряется про­цесс самовоспламенения. Так, добавление 1 % изопропилнитрата повышает ЦЧ на 10—12 единиц и улучшает пусковые свойст­ва ДТ в зимнее время.

Существует эмпирическая зависимость цетанового числа топлива от его октанового числа.

ЦЧ = 60 - ОЧ / 2,

где ЦЧ — цетановое число; ОЧ — октановое число.

Чем выше октановое число, тем ниже его цетановое число и наоборот. Поэтому добавление в дизельное топливо бензиновых фракций всегда ведет к снижению его цетанового числа.