Zinc as a catalyst supports processes of Diesel injector deposit formation

• Autorzy: Stępień Z.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2018.02.07

Warianty tytułu

PL

Cynk jako katalizator wspomagający procesy tworzenia osadów wtryskiwaczy silników z zapłonem samoczynnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents a comparative analysis of engine tests results concerning assessment of reference Diesel fuel RF-79-07 Batch 9 with the addition of two various zinc catalyst toward formation of fuel injector deposits of HSDI (High Speed Diesel Injection) Diesel engine. Engine dynamometer, comparative tests were done in compliance with requirements of standardized test according to pan-European research procedure CEC F-98-08, at which as a criterion for the fuel injectors deposit formation assessment has been assumed loss of engine rated power between the beginning and the end of the test. For engine calibration used in the above mentioned procedure the fuel used shall be the reference fuel CEC RF-79-07 with a low tendency to injectors fouling and the same fuel with artificially, intentionally introduced 1 ppm Zn as a metallic catalyst to support the process of injector deposits formation. When starting to reference fuel developing with admixture of Zn, it has been established that, Zn may be present in fuel in the form of zinc salts, colloidal and in the form of micro-particulates, constitutes traces fuel contaminations. Given that the colloidal form of zinc is difficult to produce, and zinc micro-particulates are filtered in the engine fuel system, it has been established that, Zn will be artificially introduced into the fuel in the form of the easily soluble synthetic Zn salt that is Zn neodecanoate (Zn(C10H19O2)2), that is the same as recommended by test procedure CEC F-98-08 or will come from galvanized drums introduced as a result of fuel conditioning in a galvanized drums. Tests covered assessments of reference Diesel fuel without and with the addition of zinc catalyst of varying chemical structures and with different zinc contents. The conducted research has demonstrated that: Diesel fuel doped even with traces of zinc increases its tendency to fuel injector deposit formation; Contained in the Diesel fuel zinc compound influence on the rate and amount of fuel injector coking deposits of the Peugeot DW10B test engine generated in the test at a CEC F-98-08 procedure; The increase of the zinc volume contained in the Diesel fuel beyond the indicated in CEC F-98-08 test procedure level of 1 ppm, causes the rapid loss of the fuel detergent performance which is proven by rapid loss of engine rated power.

PL

W artykule przedstawiono porównawczą analizę wyników testów silnikowych dotyczących oceny tendencji do tworzenia osadów wtryskiwaczy silnika ZS typu HSDI (High Speed Direct Injection) dla wzorcowego oleju napędowego RF-79-07 Batch 9 z dwoma różnymi katalizatorami cynkowymi. Porównawcze testy silnikowe wykonywano zgodnie z wymaganiami znormalizowanego testu według ogólnoeuropejskiej procedury badawczej CEC F-98-08, w której jako kryterium oceny wielkości utworzonych osadów na końcówkach wtryskiwaczy przyjęto wielkości spadku mocy silnika. Do wzorcowania silnika wykorzystywanego w wyżej wymienionej procedurze badawczej stosuje się paliwo wzorcowe CEC RF-79-07 o niskiej tendencji do zanieczyszczania wtryskiwaczy i to samo paliwo ze sztucznie, celowo wprowadzonym 1 ppm Zn jako katalizatorem metalicznym wspomagającym proces tworzenia osadów wtryskiwaczy. Przystępując do opracowanie paliwa wzorcowego z domieszką Zn, ustalono, że Zn może występować w paliwach w postaci soli cynku, koloidalnej i w postaci mikrocząstek stałych, stanowiących śladowe zanieczyszczenia paliwa. Biorąc pod uwagę, że koloidalna postać cynku jest trudna do wyprodukowania, a mikrocząsteczki cynku podlegają procesowi filtracji w układzie paliwowym silnika, ustalono, że do paliwa będzie sztucznie wprowadzany Zn w postaci łatwo rozpuszczalnej syntetycznej soli cynku, tj.: neodekanianu Zn (Zn(C10H19O2)2), a zatem takiej jak zaleca procedura badawcza CEC F-98-08, lub będzie pochodził z ocynkowanych beczek, w których paliwo było przetrzymywane. Testy obejmowały oceny wzorcowego oleju napędowego bez i z katalizatorem cynkowym o różnych strukturach chemicznych oraz z różną zawartością cynku. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono między innymi, że: wprowadzenie do oleju napędowego nawet śladowych ilości cynku zwiększa jego skłonność do tworzenia osadów na końcówkach rozpylaczy paliwa, zawarty w paliwie związek cynku ma wpływ na szybkość tworzenia i wielkość osadów koksowych tworzonych w teście według procedury CEC F-98-08, na końcówkach wtryskiwaczy silnika Peugeot DW10B, zwiększenie ilości zawartego w paliwie cynku ponad wskazany w procedurze badawczej CEC F-98-08 poziom 1 ppm powoduje gwałtowną utratę właściwości detergentowych paliwa – na co wskazuje szybki spadek mocy maksymalnej silnika.

Słowa kluczowe

EN

diesel fuel; fuel injector deposits; zinc catalyst; engine dynamometer test

PL

olej napędowy; osady wtryskiwaczy paliwa; katalizator cynkowy; testy silnikowe

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 74, nr 2
• Strony: 130--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stępień Z.

• Oil and Gas Institute - National Research Institute, ul. Lubicz 25 A, 31-503 Kraków

Bibliografia

• [1] Baker J., Cook S.: Sodium Contamination of Diesel Fuel, its Interaction with Fuel Additives and the Resultant Effects on Filier Plugging and Injector Fouling. SAE Technical Paper no. 2013-01-2687, 2013.
• [2] Balfour G., Bhatti N., Caprotti R.: Deposits Control in Modern Diesel Fuel Injection Systems. SAE Technical Paper no. 2001-01-2250, 2001.
• [3] Barker J., Richards P, Goodwin M., Wooler J.: Influence of High Injection Pressure on Diesel Fuel Stability: A Study of Resultant Deposits. SAE Technical Paper no. 2009-01-1877, 2009.
• [4] Birgel A., Ladommatos N., Aleiferis P, Milovanovic N., Lacy P, Richards P.: Investigations on Deposit Formation in the Holes of Diesel Injector Nozzles. SAE Technical Paper no. 2011-01-1924, 2011.
• [5] Brigel A., Ladommatos N., Aleiferis P, Ziilch S., et al.: Deposit Formation in the Holes of Diesel Injector Nozzles: A Critical Review. SAE Technical Paper no. 2008-01-2383, 2008.
• [6] Caprotti R., Bhatti N., Balfour G.: Deposit Control in Modern Diesel Fuel Injection Systems. SAE Technical Paper no. 2010-01-2250, 2010.
• [7] Caprotti R., Breakspear A., Graupner O., Klaua T: Diesel Injector Deposits Potential on Futurę Fuelling Systems. SAE Technical Paper no. 2006-01-3359, 2006.
• [8] Fang H.L., McCormick R.L.: Spectroscopic Study of Biodiesel Degradation Pathways. SAE Technical Paper no. 2006-01-3300, 2006.
• [9] Ikemoto M., Omae K., Nakai K., Ueda R., Kakehashi N., Silnami K.: Injector Nozzle Coking Mechanism in Common-rail Diesel Engine. SAE Technical Paper no. 2011 -01 -1818, 2011.
• [10] Kumagi S., Takahashi A., Nagato H., Stradling R.: Development of an Injector Deposit Formation Test Methodfor a Medium-duty Diesel Engine. JSAE 201590029 SAE 2015-01-1914, 2015.
• [11] Lacey P, Gail S., Kientz J., Benoist G., et al.: Fuel Quality and Diesel Injector Deposits. SAE Int. J. Fuels Lubr. 2012, vol. 5(3), pp. 1187-1198, DOI: 10.4271/2012-01-0693.
• [12] Lacey P, Gail S., Kientz J.M., Milanovic N., Gris C: Internal Injector Deposits. SAE Technical Paper no. 2011-01-1925, 2011.
• [13] OrhanA., Semith E.: Carbon Deposit Formation From Thermal Stressing of Petroleum Fuels. Prepr. Pap.-Am. Chem. Soc, Div. Fuel Chem. 2004, vol. 49(2), pp. 764-766.
• [14] Parsinejad F., Biggs W.: Direct Injection Spark Ignition Engine Deposit Analysis: Combustion Chamber and Intake Valve Deposits. SAE Paper no. 2011-01-2110,2011.
• [15] Prabakaran B., Udhoji A.: Experimental investigation into effects of addition of zinc oxide on performance, combustion and emission characteristics of diesel-biodiesel-ethanol blends in CI engine. Alexandria Engineering Journal 2016, vol. 55, pp. 3355-3362.
• [16] Shiotani H., Goto S.: Studies of Fuel Properties and Oxidation Stability of Biodiesel Fuel. SAE Technical Paper no. 2007-01-0073, 2007.
• [17] Stępień Z.: Ewolucja metodyki oceny zanieczyszczenia rozpylaczy silników o zapłonie samoczynnym. Nafta-Gaz 2014, no. 10, pp. 707-716.
• [18] Stępień Z.: Intake valve and combustion chamber deposits formation - the engine and fuel related factors that impacts theirgrowth. Nafta-Gaz 2014, no. 4, pp. 28-34.
• [19] Stępień Z.: Investigations of injector deposits in modern diesel engines. Combustion Engines 2016, vol. 165(2), pp. 9-20.
• [20] Stępień Z.: Przyczyny i skutki tworzenia wewnętrznych osadów we wtryskiwaczach silnikowych układów wysokociśnieniowego wtrysku paliwa. Nafta-Gaz 2013, no. 3, pp. 256-262.
• [21] Stępień Z.: The reasons and adverse effect of internal diesel injector deposits formation. Combustion Engines 2014, vol. 156(1), pp. 20-29.
• [22] Tanaka A., Yamada K., Omori T, Bunne S., Hosokawa K.: Inner Diesel Injector Deposit Formation Mechanism. SAE Technical Paper no. 2013-01-2661, 2013.
• [23] Tang 1, Pischinger S., Lamping M., Korfer T, Tatur M., Tomazic D.: Coking Performance in Nozzle Orifices of DI-Diesel Engines. SAE Technical Paper no. 2009-01-0837, 2009.
• [24] Ullmann L, Gedulding M., Stutzenberger H., Caprotti R., Balfour G.: Investigation into the Formation and Prevention of Internal Diesel Injector Deposits. SAE Technical Paper no. 2008-01-0926, 2008.
• [25] Urzędowska W., Stępień Z.: Prediction of threats causedby high FAME diesel fuel blend stability for engine injector operation. Fuel Processing Technology 2016, vol. 142, pp. 403-10.
• [26] Żak G, Ziemiański L., Stępień Z., Wojtasik M.: Problemy związane z tworzeniem się osadów na elementach układów wtryskowych nowoczesnych silników Diesla - przyczyny, metody badań, przeciwdziałanie. Nafta-Gaz 2013, no. 9, pp. 702-708.
• [27] CEC F-98-08 Development of Peugeot DWI0 Direct Injection Diesel Nozzle FoulingTest.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).