книги из ГПНТБ / Алексеев, В. Н. Топлива и смазочные материалы для автомобилей

Be, несколько Нагревается. Может оказаться, что такого нагрева вполне достаточно для растворения выпавшего парафина; тогда дизельное топливо вновь станет прозрач­ ным. Следовательно, помутневшее топливо может вызвать остановку двигателя лишь в период пуска и прогрева или при его работе на пониженном тепловом режиме.

При дальнейшем охлаждении помутневшего топлива количество выпавших микрокристаллов парафина оказы­ вается настолько большим, что они образуют в топливе

стывшее топливо нельзя перекачать насосом, перелить из одной тары в другую, заправить им автомобиль. Есте­ ственно, что застывшее топливо не будет способно прока­ чиваться по системе подачи через фильтры и насосы. На застывшем топливе двигатель работать не может.

Обычно температура, при которой топливо застывает, на 8—10°С ниже температуры его помутнения. Для пре­ дупреждения перебоев в работе двигателя из-за помутне­ ния и застывания топлива необходимо, чтобы температура его застывания была, по крайней мере, на 10—12°С ниже температуры окружающего воздуха.

Для понижения температуры застывания дизельных топлив их разбавляют осветительным или авиационным керосином. Опытом установлено, что добавление 25% ке­ росина к дизельному топливу понижает температуру за­ стывания смеси на 10—12°С.

Смесеобразование, испаряемость и вязкость топлив

В дизельных двигателях топливо-воздушная смесь при­ готовляется непосредственно в камере сгорания и на про­ цесс смесеобразования отводится время в 8—10 раз мень­ ше, чем в карбюраторных двигателях.

30

Смесеобразование в дизельных двигателях происходит следующим образом. Вначале в цилиндры двигателя по­ ступает чистый воздух. В такт сжатия он сжимается до 35—40 кгс/см2, нагреваясь при этом за счет теплоты сжа­ тия до 550—650°С (иногда до 700°С). Затем за 12—17”С до верхней мертвой точки в сжатый и горячий воздух фор­ сункой впрыскивается под большим давлением жидкое топливо. Впрыск продолжается в течение 15—20° поворо­

Испаряемость дизельных топлив много ниже испаряе­ мости бензинов. Бензины выкипают в пределах от 35 до

размерами от 0,003 до 0,12 мм. Такое распыливание уве­ личивает поверхность топлива в сотни тысяч раз, в ре­ зультате чего жидкое топливо быстро и полностью испаря­ ется.

Таким образом на процесс смесеобразования влияют фракционный состав и вязкость дизельных топлив: фрак­ ционный состав влияет на скорость испарения, а вяз­ кость — па качество распыливания топлив.

Облегчение фракционного состава, т. е. снижение тем­ пературы кипения дизельных топлив, хотя и ускоряет их испарение и смесеобразование, но такая горючая смесь будет обладать плохой воспламеняемостью, что отрица­ тельно скажется на работе двигателя.

Чем выше вязкость топлив, тем хуже они распыливаются, тем крупнее получаются капли и меньше поверхность их испарения. Если вязкость топлива превышает опреде­ ленные пределы, испарение капель затягивается, они не успевают полностью испариться и, следовательно, сгореть в камере сгорания и выбрасываются с отработавшими

31

газами (серый дым). В камере сгорания остаются продукты неполного сгорания топлива в виде углистых отложе­ ний — нагара. Так как вязкость дизельных топлив уве­ личивается при понижении температуры, то в зимнее вре­ мя следует применять топлива с меньшей вязкостью, чем

не успев распространиться по всему объему камеры сго­ рания. Вследствие этого топливо-воздушная смесь оказы­ вается неоднородной и сгорает неполностью. При малой вязкости часть топлива проникает через зазоры между плунжером и стенками насоса высокого давления и ухо­ дит обратно в трубопроводы.

Топливный заряд, поступающий в цилиндры двигателя, оказывается уменьшенным. В результате чего падает мощ­ ность двигателя.

Вязкость дизельных топлив измеряют при 20°С и вы­ ражают в сантистоксах (сСт). Для обеспечения хорошего распыливания и смесеобразования вязкость дизельных топ­ лив должна быть в зависимости от сезонов года: для зимних топлив 1,8—3,2 сСт и для летних 3,0—6,0 сСт. Для суровых условий эксплуатации автомобилей на строитель­ стве БАМ следует использовать топлива с вязкостью не менее 1,5 и не более 3,5 сСт.

Воспламеняемость топлив

Воспламенение топливо-воздушной смеси в дизельных двигателях происходит под влиянием высокой температу­ ры сжатого воздуха и тепла, выделяющегося при окисле­ нии углеводородов.

Топливо впрыскивается в камеру сгорания не мгновен­ но, а в течение некоторого, очень небольшого отрезка

32

времени. Но как только в камеру сгорания поступила первая порция топлива, оно испаряется и тотчас начинает взаимодействовать с кислородом воздуха. Образуются первичные продукты окисления — перекиси. Так как тем­ пература в камере сгорания высокая, то образование пе­ рекисей происходит быстро, и когда перекисей накопится много, то их быстрое распадение вызывает воспламенение топливо-воздушной смеси практически во всем ее объеме. Время от начала впрыска до момента воспламенения топ­ лива называют п е р и о д о м з а д е р ж к и в о с п л а м е ­ нения .

Между тем продолжается поступление в камеру сгора­ ния остальной части впрыскиваемого топлива. Но оно. уже попадает сразу в пламенный очаг и поэтому быстрее ис­

ного двигателя большое влияние оказывает длительность периода задержки воспламенения. При большом периоде задержки к моменту воспламенения в камеру сгорания поступает много топлива и его одновременное воспламе­ нение вызывает очень резкое повышение давления в ци­ линдрах двигателя. При этом в двигателе возникают глу­ хие стуки и наблюдается падение его мощности. Такую работу дизельных двигателей называют «жесткой» и она недопустима, так как приводит к повышенному износу деталей цилиндро-поршневой группы и выкрашиванию антифрикционного сплава шатунных и коренных подшип­ ников.

Жесткая работа не является детонацией; в дизельных двигателях детонации не бывает. Причины, порождающие детонацию в карбюраторных двигателях, действуют на характер работы дизельных двигателей в противополож­ ном направлении — ведут к мягкой работе последних.

Чем выше температура в камере сгорания двигателя, тем быстрее идут процессы окисления углеводородов п образования перекисей, тем короче период задержки

воспламенения. При низких температурах период задерж­ ки увеличивается. Зимой, когда температура воздуха низ­ кая, работа дизельного двигателя более жесткая, нежели летом. При пуске холодного двигателя период задержки может оказаться настолько большим, что двигатель не за­ ведется. При прогреве после пуска дизельный двигатель работает жестко и совершенно недопустимо в этот момент загружать двигатель, пока он не прогреется до рабочего состояния.

На продолжительность периода задержки воспламене­ ния, т. е. на жесткость работы двигателя оказывает влия­

При испытании сравнивают воспламеняемость заданного топлива с воспламеняемостью эталонных топлив. Для сравнения приняты два эталона: цетан и метилнафталин. Цетан обладает очень хорошей воспламеняемостью, при­ нятой за 100 цетановых чисел. В качестве эталона плохой воспламеняемости взят метилнафталин: у него воспламе­ няемость низкая и цетановое число его принято за 0. Воспламеняемость смеси этих эталонов в зависимости от содержания цетана изменяется от 0 до 100.

ных топлив содержится 48% цетана и 52% метилнафталина, то цетановое число такой смеси равно 48.

Цетановое число топлив определяют на специальном одноцилиндровом дизельном двигателе с переменной сте­ пенью сжатия. Установив воспламеняемость испытуемо­ го топлива, подбирают такую смесь эталонов, которая об­ ладает одинаковой с топливом воспламеняемостью. Тог­ да, зная цетановое число эталонной смеси (т. е. процент содержания в ней цетана), считают, что и испытуемое топливо имеет такое же цетановое число.

34

Величина цетанового числа дизельного топлива долж­ на удовлетворять конструкции дизельных двигателей, ре­ жиму работы и условиям эксплуатации автомобилей. Для современных быстроходных дизельных двигателей необ­ ходимо топливо с минимальным цетановым числом, рав­ ным 40; для зимних условий лучше применять топливо с цетановым числом не ниже 45. При более низких значе­ ниях цетановых чисел работа дизельных двигателей будет жесткой, а пуск трудным.

Чем выше цетановое число топлива, тем мягче работа­ ет двигатель, тем легче его пустить. Но чрезмерно высо­ кое цетановое число топлива тоже нежелательно. При большом цетановом числе период задержки воспламене­ ния (из-за хорошей воспламеняемости) настолько мал, что впрыснутое топливо воспламеняется около форсунки, не успев распространиться ‘по всему объему камеры сго­ рания.

В результате топливо-воздушная смесь получает­ ся неоднородной, сгорает неполностью, мощность двига­ теля падает, а расход топлива увеличивается. Исходя из этого установлено, что максимальное значение цетаново­ го числа дизельного топлива не должно превышать 55— 60 единиц.

Воспламеняемость дизельных топлив зависит от их углеводородного состава. В их составе желательны угле­ водороды, легко окисляющиеся с образованием переки­ сей. У таких углеводородов небольшой период задерж­ ки воспламенения и повышенное цетановое число. На­ помним, что такие углеводороды весьма нежелательны в бензинах, так как вызывают детонацию в карбюраторных двигателях.

Чем легче по фракционному составу дизельное топли­ во, тем оно труднее окисляется, тем ниже его цетановое число. Так, цетановые числа дизельных топлив лежат в пределах от 40 До 50, у керосинов они равны от 30 до 35, а у бензинов ниже нуля.

Следовательно, при использовании дизельного топли­ ва, разбавленного керосином (например, для снижения температуры застывания и вязкости), следует ожидать более жесткую работу дизельных двигателей.

Пуск холодных дизельных двигателей и пусковые жидкости

Эксплуатацией установлено, что при температурах воз­ духа ниже нуля пуск дизельных двигателей наиболее це­ лесообразен с предварительным подогревом. При этом об­ легчается сам пуск, сокращается продолжительность по­ следующего прогрева двигателя до рабочего состояния и резко уменьшаются пусковые износы. Но когда невоз­ можен или затруднен предварительный подогрев, прихо­

бы часть топлива, впрыснутого в камеру сгорания, хо­ рошо распылилась, превратилась в пар и вступила в хими­

этих условиях при использовании стандартных дизельных топлив с цетановым числом 40—45, можно пустить двига­

провождается большой утечкой сжимаемого воздуха че­ рез неплотности цилиндро-поршневой группы. В резуль­

36

шается температура сжатого воздуха, а это позволяет пустить холодный двигатель без предварительного подо­ грева при более низкой температуре окружающей среды. Так, при повышении частоты вращения коленчатого ва­ ла со 100 до 200 об/мин температура возможного пуска двигателя понижается с —5 до —13—15°С.

Для облегчения пуска холодного двигателя при низких температурах рекомендуется применять пусковые жидкос­

тей трения цилиндро-поршневой группы в жидкость вво­

Специальным пусковым приспособлением 6-ПП-40 эту жидкость подают во впускной трубопровод холодного двигателя при прокручивании коленчатого вала. Для вос­ пламенения эфира нужна сравнительно невысокая темпе­ ратура в камере сгорания (180—200°С). Воспламенив­ шись эфир поджигает пары газового бензина и в резуль­ тате в цилиндрах создается давление сгорания, достаточ­ ное для пуска двигателя. Пусковая жидкость «Холод Д-40» позволяет пускать холодный дизельный двигатель при температурах воздуха до минус 40°С при условий провертывания коленчатого вала с частотой вращений 100 об/мин. Скорость же провертывания вала зайисй4

37

от мощности стартерного устройства и вязкости смазоч­ ного масла, залитого в картер двигателя.

В практике зимней эксплуатации дизельных автомоби­ лей иногда используют для облегчения пуска двигателя чистый эфир. Для этого снимают воздухоочиститель и од­

не может быть рекомендован для повседневного приме­

давления в цилиндрах, которое может привести к разру­ шению двигателя.

Кроме того, при пуске холодного двигателя таким при­ емом цилиндро-поршневая группа работает сравнительно длительное время без смазки, так как холодное смазоч­ ное масло не может быстро поступить из картера в ци­ линдры двигателя автомобиля.

Сорта дизельных топлив и их назначение

Сорта дизельных топлив. Нефтяная промышленность страны вырабатывает дизельные топлива по двум стан­ дартам. По ГОСТ 305—73 выпускается топливо двух групп, отличающихся друг от друга содержанием сернис­ тых соединений: одна группа с содержанием серы менее 0,2%, и другая — с серой в пределах 0,2—0,5%. Обе группы разделены на сезонные марки: Л (летнее), 3 (зимнее), ЗС (зимнее северное) и А (арктическое). При поставках к обозначению марки топлива добавляется цифровое указание о содержании серы. Например, Л-0,2 или ЗС-0,5.

По ГОСТ 4749—73 выпускается для нужд народного хозяйства страны три марки топлива с содержанием се-

3S

ры 0,2% и ниже: ДЛ (летнее), ДЗ (зимнее) и ДА (аркти­ ческое). Цетановое число всех марок топлив для дизель­ ных двигателей установлено стандартами не менее 45 единиц.

Температурные условия применения дизельных топлив указанных марок предопределяются значениями показа­ телей температуры помутнения и застывания (табл. 5).

Для удобства снабжения потребителей применение тех или иных марок дизельных топлив регламентировано по климатическим зонам. В северной и северо-восточной зо­

допускается применение как летних, так и зимних топлив и их смесей.

39