Почему внедрение катализаторов дожига резко повысило требования к чистоте бензина?

Среди представленных модификаторов горения наибольший интерес представляет новый класс присадок, а именно - катализаторы горения.

Катализаторы горения – это вещества, изменяющие процесс горения (окисления) топлив, которые могут быть отнесены к отдельному, самостоятельному классу присадок, изменяющих скорость и механизм горения топлив. Введение их в исходные топлива позволяет получить новые топлива с улучшенными свойствами.

Катализаторы горения предназначены для снижения энергии активации реакций окисления, происходящих в камере сгорания ДВС. Следствием снижения энергии активации является возможность проведения процесса окисления горючего и обеспечение полноты его сгорания при более низких температурах. Понижение температуры в камере сгорания приводит к уменьшению максимального давления в ней и, следовательно, к снижению жесткости работы двигателя, а также к уменьшению выбросов вредных веществ с отработавшими газами.

Известно, чем выше температура воспламенения горючего, тем меньше скорость его горения, катализаторы горения увеличивают скорость горения таких топлив. При прочих равных условиях ускоряющее действие катализатора будет тем больше, чем медленнее протекает некатализируемый процесс горения. Следовательно, наибольшее действие катализаторы будут оказывать на горение высококипящих углеводородов топлива, т.е. процесс догорания топлив. При повышении давления влияние катализатора на скорость горения будет уменьшаться в соответствии с принципом Ле-Шателье.

Катализаторы горения применяются в концентрации от 0,001 до 0,01%, фактически не изменяют физико-химические свойства базового топлива, но обеспечивают изменение процесса его горения, переводя топливо в новый класс, соответствующий выполнению норм выбросов ЕВРО-2, ЕВРО-3, ЕВРО-4, при работе на исправном двигателе.

К катализаторам горения относятся органические соединения металлов первой, второй и переходной групп, применяемые в рабочей концентрации порядка нескольких ppb (parts per billion - частей на миллиард, например, мкг/кг или 1·10-7%) в пересчете на металл. Столь ничтожная концентрация катализаторов горения практически не влияет на загрязнение ими камеры сгорания и свечей зажигания.

Катализаторы горения могут выполнять частично роль каталитических нейтрализаторов. Например, в бензин вводят соединения платины, палладия, рения, родия, которые, пройдя камеру сгорания, отлагаются в виде металлов на стенках выхлопной системы и действуют как обычные катализаторы дожига. В более тяжелых топливах хороший эффект достигается введением соединений железа, например ферроцена в количестве 0,001-0,003%.

Присадки, в состав которых входят органические соединения металлов, применяют с 1950 г. и интерес к ним не ослабевает. Наиболее широко известны присадки ферроцена (дициклопентадиенилжелеза) и его производных, соединений марганца, меди, никеля, лития и других органических соединений металлов, а в некоторых случаях даже их оксиды. Бензины с такими присадками, в сравнении с бензинами без них, дают некоторое изменение эмиссии углеводородов, оксидов азота, оксида углерода, особенно на автомобилях с большим пробегом (более 60 тыс. км), и повышают эффективность работы каталитических преобразователей отработавших газов, уменьшая нагрузку на них за счет догорания топлива в камере сгорания.

Введение ферроцена в концентрации 15 ppm (parts per million - частей на миллион, например, мг/кг или 0,0001%) не оказывает отрицательного воздействия на работу двигателя, но положительно влияет на работу катализаторов дожига и увеличивает октановое число бензинов. Более того, ферроцен оказывает еще и каталитическое воздействие на процесс горения топлива, частично уменьшая нагар в камере сгорания и улучшая некоторые экологические характеристики двигателя, при одновременном небольшом снижении расхода топлива