Диссертация (1172995), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Установлено, что в отличие от N-метиланилина, егодобавление в высокооктановую базу приводит к дальнейшему росту значенияОЧМ.Данный эффект проиллюстрирован на рисунке 21. Здесь в качестве базовойуглеводороднойсмесивзятыэталонныесмесиизооктанаин-гептана,применяющиеся при определении октановых чисел, значения ОЧМ которых 90 ед.,95 ед. соответственно, а также чистый изооктан, ОЧМ которого 100 ед. В данныесмеси введены добавки 1 и 3% мас. N-метиланилина и м-толуидина.1012Изооктан199Смесь "95"2ОЧМ971Смесь "90"1952931 - N-метиланилин2 - м-толуидин918900,511,52Содержание добавки, % мас.2,53Влияние добавок N-метиланилина и м-толуидина на значения ОЧМбинарных смесей изооктана и н-гептана.Из данных, приведенных на рисунке 21, следует, что в смеси «90»антидетонационная эффективность N-метиланилина выше (при его концентрациидо 3%), либо сопоставима с эффективностью м-толуидина.
Однако, разница вантидетонационнойэффективностим-толуидинапосравнениюсN-метиланилином увеличивается с ростом ОЧМ базовой смеси, а для чистогоизооктана, добавка N-метиланилина вызывает снижение ОЧМ.Детонационный режим горения топлива в двигателях внутреннего сгоранияобычно связывают с разложением алкилпероксидов, которые образуются в113больших концентрациях при окислении углеводородов, и, будучи неустойчивыми,разлагаются, приводя к взрыву топливо-воздушной смеси .По мнению авторов работ [53, 54], антидетонационный эффект аминов связанс наличием атомов водорода, связанных с атомом азота.
Данные атомы водородавзаимодействуют с радикалами, образующимися в бензино-воздушной смеси вДВС при горении, и обрывают цепные реакции, приводящие к детонации смеси.Молекулы аминов, не содержащие атомов водорода у атома азота, проявляютслабые антидетонационные свойства [49].В работе [55] авторы предположили, что амины являются «ловушками» длярадикалов, и процесс улавливания этих частиц аминами обусловлен иондипольным взаимодействием и возникновением водородных связей междупротонами у атома азота амина и атомами кислорода гидроперекисей илипротонами гидроперекисей и атомами азота в аминах.
В этой же работе авторамиустановлена корреляция между повышением октанового числа бензинов и зарядомна протоне у атома азота присадок, а также и величиной дипольного моментааминов [49].Были попытки установить корреляцию между энергией разрыва связи N-H вмолекуле амина и его антидетонационными свойствами [56].Но, несмотря на большое число работ, посвященных исследованиямантидетонационныхсвойствароматическихаминов,механизмреакций,протекающих в присутствии этих антидетонаторов, полностью не выяснен.Трудности выявления механизма действия антидетонационных присадок кбензинам обусловлены не только сложностью и различием состава бензинов,имеющих одно и то же октановое число, но и различным антидетонационнымдействием одной и той же присадки в бензинах с различными октановыми числами[49].Предположительно, в нашем случае, разница в антидетонационнойэффективности рассматриваемых аминов заключается в наличии второго атомаводорода в молекуле м-толуидина, соединенным с атомом азота.
При болеевысоких степенях сжатия смеси в цилиндре, а следовательно более высоких114температурах смеси в конце такта сжатия, возникают условия для одновременногоразрыва обоих связей N-H, следовательно, большей концентрации радикалов Н,обрывающих процесс детонации.Также, более высокой антидетонационной эффективности м-толуидинаможет способствовать более низкое значение поверхностного натяжения егосмесей с изооктаном (по сравнению с N-метиланилином), а следовательно,меньший размер капель дисперсной фазы (аэрозоля), в состоянии которой топливонаходится в камере сгорания перед воспламенением. Поскольку меньший размернеиспарившихся капель топлива, попадающих в камеру сгорания, способствуетобразованию более однородной смеси [57] и меньшей детонации, следовательно,более высокому значению ОЧМ.
В случае сгорания менее детонационно-стойкихсмесей, следовательно, меньшем давлении и температуре в камере сгорания,возможно, имеет место случай образования более крупных капель топлива,содержащего м-толуидин, поскольку зависимость размера капель от условийдисперсионной среды (например температура и давление) носит экстремальный(либо полиэкстремальный характер) [58].Исследование особенностей оценки сортности неэтилированныхавиационных бензиновКак было указано в обзоре литературы, сортность – это один из показателейдетонационной стойкости, определяемый только для авиационных бензинов, ипредставляющийсобойотносительныйприростмощности(среднегоиндикаторного давления) при работе одноцилиндрового двигателя на богатойсмеси с испытуемым топливом по сравнению с мощностью, развиваемой этимдвигателем на эталонном изооктане, условно принятой за 100% мощности и 100единиц сортности [59].
Основным показателем сравнения является максимальноезначение среднего индикаторного давления, которое развивается в цилиндредвигателя, работающего на режиме начальной (легкой) детонации.115Определения сортности производится на установках ИТ9-1, либо CFR F-4(как в настоящей работе), и заключается в снятии детонационной характеристики,которая представляет собой кривую зависимости среднего индикаторногодавления Pi, развиваемого в стандартном двигателе, в стандартных условиях, нарежиме появления начальной детонации, от состава рабочей смеси (l).Pi, кгс/см2 (МН/м2)Пример детонационной характеристики показан на рисунке 19 [59].IIIбедная смесь!богатая смесьПолная детонационная характеристика топлива во всем диапазонесоставов рабочей смеси: I – область детонации, вызываемой наддувом; II –область бездетонационной работы двигателя.Определение точек и построение детонационных характеристик проводитсяпутем оценки соотношения состава рабочей смеси и величины наддува, прикоторых возникает начальная детонация.Сортность топлива оценивают по максимальному значению Pi при составерабочей смеси l = 0,112.
Для более точного установления этого максимальногозначения нужно снять несколько точек и по характеру полученной кривойопределить максимальное значение Pi. На рисунке 23 показана детонационнаяхарактеристика образца этилированного авиабензина Б-92/115 в сравнении сдетонационными характеристиками эталонных смесей изооктана с различнымколичеством ТЭС [60], а также детонационная характеристика образцанеэтилированного авиабензина Б-92/115, в сравнении с детонационнымихарактеристиками эталонных смесей.116230Среднее индикаторное давление2202102001901801701601500,0950,10,1050,110,1150,120,125Соотношение топливо-воздух(а)(б)Стандартные детонационные характеристики эталонных топлив(пунктирныекривые).Сплошнаякривая–примернаядетонационнаяхарактеристика испытуемого топлива (этилированного авиабензина) (а) идетонационная характеристика неэтилированного авиабензина Б-92/115 (б)Изданных,приведенныхнарисунке23,следует,чтозначениемаксимального индикаторного давления, а следовательно и максимальноймощности, снимаемой с двигателя стенда CFR F-4, находится в области болеебогатых смесей по сравнению с эталонными топливами, максимум мощностикоторых приходится на стандартное значение l= 0,112.
Формально, следуяметодике расчета сортности по полученной детонационной характеристике, замаксимально достигнутое индикаторное давление на режиме появления начальнойдетонации следует принимать значение индикаторного давления при значенииl = 0,112. При таком значении соотношения топливо:воздух значение сортностиполученного образца составит 115 единиц. Однако на практике, при обогащениисмеси сверх стандартных значений, при сгорании исследуемого авиабензина марки117Б-92/115, с двигателя стенда CFR F-4 возможно снятие еще большей мощности безпоявления детонации, чем при сгорании эталонных смесей.Подобный эффект влияния степени обогащения смеси на детонационнуюстойкость в рассматриваемых условиях можно объяснить, рассмотрев механизмыантидетонационного действия ТЭС и N-метиланилина.Сейчас общепринятым считается следующий механизм действия ТЭС: привысоких температурах, развивающихся в камере сгорания при работе наэтилированном бензине, ТЭС полностью разлагается на металлический свинец иэтильный радикал:Pb(C2H5)4 ® Pb + 4C2H5(1)образующийся свинец окисляется с образованием двуокиси свинца:Pb + O2 ® PbO2(2)которая вступает в реакцию с перекисями, разрушая их:R – CH2 – OOH + PbO2 ® R – COH + PbO + H2O + ½ O2(3)При взаимодействии с кислородом воздуха окись свинца PbO окисляется вдвуокись свинца PbO2, способную реагировать с новой молекулой перекиси.
Такимобразом,свинец,реагируясперекисями,тормозитреакцииокисленияуглеводородного топлива, вследствие чего детонация в двигателе уменьшается иливовсе прекращается [59].Механизм действия ароматических аминов, как было сказано выше,заключается в обрыве процесса радикального окисления углеводородов топливарадикалами Н×, донором которых являются молекулы ароматических аминов.Исходя их приведенных механизмов можно предположить, что наиболеевыраженный антидетонационный эффект ТЭС должен проявляться при большемколичестве кислорода в реакционной смеси, в сравнение с ароматическимиаминами.
Поэтому максимальная мощность на режимах начальной детонации приработе двигателя на этилированном бензине, достигается при более бедных смесях(с большим количеством воздуха), чем максимальная мощность при работе набензине с N – метиланилином.118Следует отметить, что полученные результаты согласуются с литературнымиданными об особенностях сгорания этилированных и неэтилированных бензинов.Авторы работы [59] приводят информацию о коэффициентах избытка воздуха,соответствующих максимальной интенсивности детонации в двигателях стендовИТ9-2 и ИТ9-6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
