Влияние качества топлива на работу двигателя внутреннего сгорания (стр. 3 из 5)

На рис. 4 показано влияние лакообразующего нагара на эффективность смазывания и расход смазки по результатам экспериментальных исследований на двигателе голландского рыболовного судна, которые подтверждаются данными по другим судам. На этих судах двигатели работали с большими перегрузками и использовали низкокачественное дизельное топливо MGO. При работе двигателей с меньшей мощностью вследствие снижения сопротивления трала расход масла возвращается к нормальному уровню. Это означает, что в случае уменьшения действия этих факторов образование нагара на втулках сокращается.

Хотя применение высокоэффективных смазок и легкого дизельного топлива с содержанием серы на уровне 1 % снижает лакообразующие отложения, еще не найдено удовлетворительное решение проблемы создания смазки, уменьшающей и предотвращающей нагарообразование.

Более непосредственным способом

воздействия на лакообразующие отложения является химическая очистка топлива, основанная на сильнодействующих моющих средствах (детергентах), которые могут обеспечивать чистоту высокотемпературных поверхностей в камерах сгорания. Были проведены испытания комбинации химикатов для очистки топлива на двигателе с большим расходом смазки, обусловленном лакообразующими отложениями на втулке. Результаты экспериментов показали, что для быстрого достижения положительного эффекта минимальная доза присадки должна равняться 1 литр/м³ топлива. Все случаи значительного снижения расхода лубрикаторной смазки были подтверждены эндоскопическим осмотром.

В ближайшем будущем ожидается ухудшение качества топлива из-за повышения содержания в нем асфальтенов. Поэтому поставщики смазочных материалов предложили новые улучшенные продукты. Крупнейшие машиностроители призывают судовладельцев перейти на использование новых сортов масел, которые вместе с химической очисткой топлива должны обеспечить решение проблемы загрязнения двигателей черными асфальтеновыми отложениями.

2.2Влияние присадок на двигатель

При работе дизельного двигателя на форсунках и в камере сгорания образуются отложения, нарушающие подачу топлива и нормальное протекание рабочего процесса. В результате снижается мощность и экономичность двигателя, увеличиваются дымность и токсичность отработавших газов. Моющие присадки, предназначенные для автомобильных бензинов, в данном случае оказываются бесполезны, так как обладают недостаточно высокой термической стабильностью и в жестких условиях дизельного двигателя разлагаются.

За рубежом часто используют специальные присадки к дизельным топливам на основе термостабильных ПАВ. Анализ литературы и патентов показывает, что в общем случае в присадку кроме ПАВ входят модификаторы нагара и небольшое количество катализаторов горения. В качестве модификаторов нагара используются кислородсодержащие соединения, например, оксиалкилированные алкилфенолы, а в качестве катализаторов горения — соединения переходных металлов (железа, меди, редкоземельных элементов). Катализатор горения берется в таких количествах, что концентрация металла в топливе составляет не более 100 млн¹. Собственно, каталитическое влияние оказывают оксиды металлов, образующиеся при сгорании присадок с топливом. Металлсодержащие присадки используют не только как антинагарные, но и как антисажевые, снижающие температуру выгорания сажи и препятствующие забивке сажевых фильтров. Так например, фирмой Lubrizol разработана товарная присадка, эффективная в концентрации до 70 млн"¹ в расчете на медь [1]. Авторами статьи на основе доступного отечественного сырья разработан образец антинагарной присадки антикокс, представляющий собой композицию термостабильного ПАВ, фракции кислородсодержащих соединений и катализатора горения — топливорастворимой соли меди.

Присадка антикокс характеризуется следующими физико-химическими показателями:

кинематическая вязкость при 20°С, 40
мм²/с, не более

плотность при 20°С, кг/м³ ~880

температура вспышки, °С, не ниже 35

концентрация меди, % мае. ~15

Рекомендуемая концентрация присадки в топливе составляет 0,01-0.02^гс в зависимости от способа применения. При постоянном применении достаточно 0,01-0,02%. Возможно также использование присадки в автосервисе: для безразборной очистки двигателя, раскоксовывания поршневых колец и т.д. При этом временно можно использовать дозы, достигающие 0,1%.

На рис. 1-3 приведены результаты испытаний присадки в количестве 0,1% мае. в составе дизельного топлива Л на двигателе 2ч8,5/11. Испытания проведены в АООТ "ЭлИНП" по методике, согласно которой предварительно нарабатывался нагар в течение 50-100 ч на специальном топливе, содержащем большое количество тяжелых фракций. После наработки нагара двигатель разбирали и оценивали количество и распределение образовавшегося нагара в камере сгорания (на головке блока цилиндров), на днище поршня и распылителе форсунки. Нагар отлагался на поверхностях в виде очень плотного слоя неравномерной толщины — до одного и более миллиметров.

Толщина основной массы нагара на головке блока цилиндров и днище поршня достигала 0,5 мм. Что касается форсунки, то около двух третей массы нагара имело толщину от 0,5 до 1,3 мм. Это обстоятельство представляется весьма существенным, так как отложения на форсунке в наибольшей степени влияют на токсичность отработавших газов [2]. После наработки нагара двигатель собирали и проводили нагароочистку в течение 5 ч, работая на стандартном дизельном топливе Л с присадкой.

При введении в топливо присадки в концентрации 0,02-0,05%, нагар удалялся на 25-65' (рис. 4).

Часть нагара, которая не была удален в процессе испытаний, изменила свою природ; Нагар стал рыхлым и легко снимался притиранием поверхности без соскабливания и кипячения. Наибольший эффект наблюдался на распылителе форсунки, где при концентрации пру садки 0,02% в условиях испытаний нагар удалялся наполовину. Интересно отметить, что степень удаления нагара с форсунки и поршня достигала максимума при 0,05% присадки, а из камеры сгорания почти линейно зависела от е концентрации.

Несмотря на то, что медьсодержащие соединения за рубежом успешно используют в качестве антисажевых присадок к дизельному топливу, остается открытым вопрос о влиянии меди на топливо и о токсичности продуктов сгорания присадки, выбрасываемых с отработавшими газами.

Известно, что соединения меди являются сильными промоторами окисления углеводородов. Поэтому было проверено влияние присадки на термостабильность дизельного топлива методом квалификационной оценки Установлено, что после нагрева в течение 16 ч образцов топлива при 100°С их цвет не изменился, а количество осадка и кислотность возросли незначительно (см. таблицу).

Следует, однако, заметить, что при оценке термостабильности данным методом топливо контактирует со специально вводимой в него медной пластинкой. Таким образом, введение дополнительного количества меди в топливо может просто не быть замечено. Поэтому, вероятно, стабильность топлив с медьсодержащими присадками подлежит более подробному изучению. Кроме того, присадки этого типа должны вводиться в топливо непосредственно на месте применения, а топлива с присадками не подлежат длительному хранению. С другой стороны, в состав присадки может быть добавлено некоторое количество деактиватора металла, связывающего медь в неактивный комплекс

Что касается токсичности продуктов сгорания топлива с присадкой, то можно привести приблизительный расчет. При максимальной рекомендуемой концентрации присадки в топливе, равной 0,05%, содержание меди в топливе составит около 70 млн"¹. Можно допустить, что при сгорании 1 кг дизельного топлива при а = 2 образуется 25-30 л отработавших газов; содержание меди в них составит около 2-3 мг/м³. В России нет норм на содержание меди в отработавших газах, но можно привести норму Агентства охраны окружающей среды США, составляющую 100 мг/м³ [3]. Обычно принимают, что отработавшие газы разбавляются воздухом в тысячекратном соотношении. Продукты сгорания меди выбрасываются из двигателя в виде аэрозолей оксидов, сульфатов и карбонатов. Их ПДК

в воздухе рабочей зоны, принятая в России, составляет 0,5 мг/м3. Среднее содержание меди в земной коре составляет около 0,005% мае. Таким образом, можно полагать, что при использовании медьсодержащей антинагарной присадки опасных для здоровья концентраций меди не возникнет.

Присадка антикокс может представлять практический интерес не только как препарат для удаления нагара с деталей двигателя, но и в качестве антисажевого агента в связи с планируемой установкой сажевых фильтров.