Хотя эти добавки и уступают по эффективности присадкам на основе элементорганических соединений железа и марганца (дициклопентандиенил железа, метил-циклопентадиенилтрикарбонил марганца и пр.), однако, значительно превосходят кислородсодержащие добавки (низшие спирты, метилтретбутиловый эфир или его смеси с трет-бутанолом и др.). Азотсодержащие соединения являются беззольными присадками и тем выгодно отличаются от присадок на основе металлорганических соединений. Наконец, одним из важных преимуществ является их многофункциональность. Так, будучи достаточно эффективными антидетонаторами, амины обладают также антиокислительными, стабилизирующими и антикоррозионными свойствами. Настоящая работа посвящена: - выяснению механизма действия аминов при использовании различных бензинов в камере сгорания; - анализу сравнительной эффективности различных аминов в зависимости от их молекулярной структуры; - выяснению возможности прогнозирования для практического применения наиболее эффективных соединений, не уступающих или даже превосходящих такие известные антидетонаторы как анилин или монометиланилин. Исходным пунктом является положение, вытекающее из теории цепных процессов, что над поршнем проходят процессы слишком бурного развития предпламенных реакций при переходе горения к взрыву и детонации продуктов сгорания, в результате которых накапливается слишком много активных радикалов-продолжателей или разветвителей цепи. Развитие цепей [1] во времени n(t) зависит от соотношения вероятностей обрыва (b) и продолжения цепи (а). Поэтому, естественно, в топливном заряде, процесс нарастания скорости реакции до критической, тесно связан с соотношением этих вероятностей: где: n0 - начальная концентрация радикалов Естественно, что для каждой группы топлив процесс нарастания скорости реакции до критической тесно связан со своим соотношением этих вероятностей. Для целей увеличения детонационной стойкости топлива необходимо вводить такие присадки, которые являются «ловушками» радикалов, увеличивающими вероятность обрыва цепи, что приведет к спокойному протеканию горения топливного заряда. Т.е. эффективность той или иной присадки будет полностью определяться значением вероятности (b). В силу резкого экспоненциального нарастания или, соответственно, торможения реакции, даже малые доли их в увеличении вероятности (b) приводят к резкому торможению процесса и, соответственно, увеличению времени достижения скорости нарастания числа радикалов n(t) по формуле (1) до критической (см. рис. 1). Рис. 1. Нарастание концентрации радикалов в зависимости от вероятности обрыва цепи (b) Авторы безмоторного экспресс-метода оценки ОЧ [6-7] экспериментально установили, что период индукции самовоспламенения топливного заряда хорошо коррелирует с ОЧ, причем здесь обоснована симбатная корреляция между этими параметрами. Из соотношения (1) для малых времен легко получить связь между временем индукции самовоспламенения τ и начальной концентрацией радикалов n0. где: С - критическая скорость реакции в момент вспышки, своя для каждого двигателя.
Тем самым и устанавливается антибатная корреляция уже непосредственно между периодом индукции и величиной no, а стало быть, в конце концов, аналогичная корреляция между ОЧ и no. Так, увеличение стартовой концентрации (no) в два-три раза приводит к пропорциональному уменьшению времени нарастания реакции до критической. Это обстоятельство объясняет физический смысл октанового числа (ОЧ) различных топлив. Действительно, увеличение начальной концентрации (no) радикалов прямо связано с сокращением времени достижения критической скорости горения, что и определяет уменьшение ОЧ топлив.
Как следует из соотношения (1) и видно на рис. 2 в самом начале цепного процесса продолжения цепи концентрация активных радикалов n(t) пропорциональна времени, а скорость нарастания реакции до критической существенно зависит от начальной «затравочной» концентрации радикалов no. Исходные радикалы возникают в топливном заряде спонтанно, как малая доля активных высокоэнергетических частиц в распределении Максвелла или создаются искусственно, например, при освещении в фотохимических процессах.
|