Дизельное топливо

Топливо для высокооборотных дизелей должно отвечать следующим эксплуатационным требованиям:

иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах окружающей среды;

иметь хорошие распыл, смесеобразование и вос­пламеняемость;

обладать соответствующей вязкостью;

не содержать сернистых соединений, органических и минеральных кислот, воды, механических примесей;

при сгорании выделять возможно большее коли­чество теплоты;

быть стабильными и не менять свойств при дли­тельном хранении.

Фракционный состав дизельных топлив характеризуется тем­пературами перегонки 10, 50 и 96% топлива. t_10% указывает на наличие в топливе сравнительно низкокипящих фракций, которые относительно легко испаряются, но плохо воспламеняются. Поэтому содержание низкокипящих фракций ограничивают, t_50% в некоторой степени характеризует пусковые качества дизельных топлив: снижение t_50% до известного предела улучшает пусковые свойства топлива. t_{96 %} (конец перегонки) показывает, содержа­ние в топливе трудноиспаряющихся фракций, ухудшающих смесе­образование и влекущих неполное сгорание. Этот показатель (фракционный состав) ограничивают по ГОСТу верхним пре­делом температуры.

Таким образом, конструктивные особенности и конкретные ус­ловия эксплуатации дизелей должны учитываться наравне с воз­можностями промышленности по созданию топлив с оптимальными вязкостью и фракционным составом, определяющими испаряе­мость топлив в двигателе и условия их хранения.

Воспламеняемость дизельного топлива — это способность его загораться в двигателе без воздействия постороннего источника (искры, пламени) зажигания; воспламенение горючей смеси в ди­зеле происходит 'под влиянием высокой температуры окружающей среды в результате бурно протекающих реакций холодно-пламен­ного окисления.

От воспламеняемости в большой степени зависит характер про­текания последующего процесса сгорания смеси, мягкая или жесткая работа дизеля и степень использования теплоты сгорания топлива.

Жесткая работа дизеля заключается в резком нарастании дав­ления в цилиндрах, отнесенном к градусу поворота коленчатого вала

С момента начала впрыска топлива начинается первая фаза процесса горения, во время которой топливо, попав в среду сжатого горячего воздуха, распиливается и испаряется; тот­час начинаются холоднопламенные процессы окисления и распада молекул топлива с образованием первичных продуктов окисления — перекисей.

Время от начала впрыска до момента воспламенения всей смеси называют пер иодом, задержи и вос­пламенения (та).

После воспламенения рабочей смеси наступает вторая фаза, во время которой, давление в цилиндре двигателя повы­шается за счет быстрого сгорания топлива, накопившегося в тече­ние первой фазы. Чем длительнее период задержки воспламенения, тем больше накапливается в камере сгорания топлива и тем резче нарастает давление в двигателе.

Для большинства быстроходных дизелей при скорости нарастания давления -^- более 5...7 кгс/см² на один градус поворота ко­ленчатого вала работа двигателя становится жесткой. Лишь для отдельных типов форсированных дизелей допустима скорость нарастания давления более 7...8 кгс/см² на градус пово­рота коленчатого вала.

Жесткая работа сопровождается стуками, дымным выпуском, отработавших газов, перегревом дизеля и этим внешне напоминает детонацию в карбюраторных двигателях.

В третьей фазе горения свежие порции впрыскивае­мого топлива попадают в среду пламени, тотчас загораются и сгорают по мере поступления. Эта фаза характеризуется плавным нарастанием давления и заканчивается с прекращением впрыска

В четвертой фазе происходит догорание топлива, расши­рение газов и выпуск их из цилиндра.

Продолжительность периода задержки воспламенения зависит как от ряда конструктивных и эксплуатационных факторов, так и от воспламеняемости используемого топлива. Большое значение здесь имеет температура в камере сгорания. С ее повышением ускоряется испарение впрыснутого топлива и интенсифицируются процессы холодно-пламенного окисления. В результате период задержки воспламенения сокращается. Все, что повышает темпе­ратуру в камере сгорания к моменту начала впрыска топлива, сокращает период задержки воспламенения и делает работу дизелей более мягкой.

Цетановым числом дизельного топлива называют щюцентное содержание (по объему) цетана в искусственно приготовленной смеси, которая по характеру сгорания (самовоспламенения) равноценна испытуе­мому топливу. Цетановое число на установке ИТ9-3 определяют следующими методами: по критической степени сжатия, запаздыванию самовоспламенения или моменту совпадения вспышек.

Приближенно цетановое число можно оценить по вязкости и плотности:

плотность топлива, кг/м³; v₂₀ — вязкость топлива при 20°С, мм²

Вязкость — это то сопротивление, которое оказы­вают частицы жидкости их взаимному перемещению под действием внешней силы. Для работы карбюра­торных двигателей вязкость топлива не имеет прак­тического значения, так как у бензинов она очень невелика (меньше, чем у воды). На работу дизелей этот показатель оказывает существенное влияние: как уменьшение, так и увеличение вязкости приводит к различным неполадкам.

Вязкость бывает абсолютной, когда оценивают внутренние свойства жидкости, и условной.

Абсолютная вязкость может быть динамической и кинематической.

Динамическая вязкость tj—коэффициент внутрен­него трения, измеряемый в пуазах (П). Пуаз — это такое сопротивление, которое оказывают взаимному перемещению частицы, если два слоя жидкости пло-

щадью в 1 см², находящиеся друг от друга на рассто­янии 1 см, перемещаются со скоростью 1 см/с под действием внешней силы в 1 дину (г-см/с²).

Кинематическая вязкость v — удельный коэффи­циент внутреннего трения. Ее обычно рассматривают при оценке свойств нефтепродуктов. Кинематическая и динамическая вязкости связаны между собой плот­ностью: v = r)/p. Кинематическую вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт): 1 Ст = = 10-⁴ м²/с, 1 сСт=10-⁶ м²/с=1 мм²/с. Вязкость дистиллированной воды при 20,2 °С составляет 1 сСт.

Условная вязкость размерности не имеет. Она по­казывает, во сколько раз вязкость нефтепродуктов при температуре измерения больше или меньше вяз­кости воды при 20 °С. Ее обозначают в условных гра­дусах (°ВУ). В стандартах и технических условиях на нефтепродукты данным показателем пользуются редко.

склонность к отложениям

Образование смолистых и углистых отложений (нагара) в дизелях зависит как от состояния и режима их работы, так и от качества топлив: содержания фактических смол, вязкости, углево­дородного и фракционного состава. Особенно вредно сказывается • присутствие в топливах смолистых веществ.

Фактические смолы в дизельных топливах являются приме­сями, оставшимися после очистки базовых дистиллятов; в про* цессе хранения топлив смол в них образуется мало, так как дизельные топлива практически не содержат непредельных .угле­водородов.

Смолы вызывают закоксовывание выпускных клапанов, голо­вок форсунки и продувочных окон. Закоксовывание клапанов ведет к нарушению их посадки и зависанию. При закоксовывании отверстий форсунок нарушается нормальное распыливание топ­лива, а в двухтактных дизелях это явление приводит иногда к отрыву головок насосов-форсунок.

Смолистые вещества засоряют фильтры тонкой очистки и ухуд­шают подачу топлива в двигатель. Выпадение смолистых пленок на иглах распылителей форсунок зачастую приводит к зависанию игл, что часто наблюдается при работе двигателей на сернистых топливах.

Образование нагара в камере сгорания может быть следствием как неполного испарения топлива с тяжелым фракционным соста­вом, так и его плохого распиливания из-за повышенной вязкости.

Повышенный тепловой режим, неисправность топливной аппа­ратуры также способствуют образованию углистых отложений в камере сгорания. Особенно ощутимо сказывается падение дав­ления впрыска, так как при этом резко ухудшается .качество распиливания. Поэтому нельзя допускать длительной работы дизелей на малых оборотах.