· Формирования очагов самовоспламенения (химическая составляющая).
Физическая составляющая времени на задержки воспламенения зависит от конструктивных особенностей двигателя.
Химическая составляющая времени зависит от свойств применяемого топлива.
Длительность периода задержки воспламенения существенно влияет на последующее течение всего процесса сгорания.
Если период задержки воспламенения длительный (большой), то в цилиндрах двигателя увеличивается количество впрыскиваемого топлива, которое химически становится (т.е. подготовлено) для самовоспламенения. При этом сгорание будет происходить с большой скоростью и резким нарастанием давления, которое достигнув скорость нарастания более 0,4…0,6МПа на 1˚ поворота коленчатого вала называют «жесткой». При такой «жесткой» работе возникают ударные нагрузки на поршень, подшипники скольжения, вызывая их ускоренный износ, а иногда даже разрушение.
Если период задержки воспламенения будет снижаться, то давление будет нарастать более плавно, и двигатель станет работать мягче. Но при «мягкой» работе, чрезмерное сокращение периода задержки самовоспламенения приводит к ухудшению процесса смесеобразования и, как следствие, к падению мощности и экономичности двигателя.
Поэтому для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо применять дизельное топливо с оптимальной длительностью периода задержки воспламенения, который характеризуется цетановым числом.
4. Цетановое число – условная единица измерения самовоспламенения топлива, численно равный содержанию цетана С16Н13(%) в смеси с α-метилнафталином С11Н10, которая эквивалентна по самовоспламеняемости данному топливу.
Цетан обладает хорошей самовоспламеняемостью, которую принимают за 100ед., а α-метилнафталин обладает плохой самовоспламеняемостью, ее принимают за 0 (ноль).
Варьируя содержание указанных компонентов в эталонной смеси, можно изменять от 100 до 0.
Поэтому, чем меньше цетановое число, тем больше период задержки воспламенения топлива. Следовательно, применение топлив с цетановым числом менее 45% приводит к жесткой работе двигателя, а повышение цетанового числа выше 50% вызывает увеличение удельного расхода топлива.
Пусковые свойства топлива всегда улучшаются при возрастании цетанового числа.
5. Прокачиваемость дизельного топлива по системе питания двигателя является основным требованием к его качеству, т.к. оно обеспечивает подачу необходимого количества топлива в цилиндры для заданного режима работы двигателя.
Прокачиваемость оценивается следующими показателями:
· Вязкостью;
· Температурами помутнения и застывания;
· Содержанием механических примесей;
· Коэффициентом фильтруемости;
· Предельной температурой фильтруемости.
6. Вязкость топлива оказывает непосредственное влияние на процесс образования ТВ-смеси. От вязкости зависят надежность и ресурс топливной аппаратуры дизельных двигателей.
· Если вязкость топлива повышенная, то удовлетворительную тонкость распыливания его с помощью форсунки не удается. Это ухудшает процесс смесеобразования и приводит к снижению экономичности работы двигателя и повышению дымности обработавших газов;
· Если вязкость топлива пониженная, то будет появляться подтекание топлива в зазорах плунжерных пар насоса и форсунок, а также не будет осуществляться удовлетворительная смазка
Поэтому для летней эксплуатации быстроходных дизельных двигателей вязкость топлива при 20˚С должна быть от 3,0 до 6,0сСт (мм2/с), а для зимней эксплуатации от 1,8 до 6,0сСт. Для арктических условий – в пределах 1,5…4,0сСт.
С уменьшением температуры вязкость топлива увеличивается. Практически это заметно в интервале температур – от температуры помутнения до температуры застывания топлива.
7. Температуры помутнения и застывания топлива, а также предельная температура фильтруемости обычно характеризуют низкотемпературные свойства дизельного топлива, т.е. характеризуют способность топлива сохранять текучесть при понижении температуры и не вызывать затруднений при перекачке его по трубопроводам.
Таким образом, можно сформулировать параметры дизельного топлива следующим образом:
· Температура помутнения – это температура, определяющая начало выпадения из топлива высокоплавких углеводородов в виде кристаллов (парафинов), которых в дизельном топливе гораздо больше, чем в бензине;
· Температура застывания – это температура, при которой топливо теряет свою текучесть. По этому показателю судят о возможности заправки, транспортирования, слива и налива топлива;
· Коэффициент фильтруемости характеризует срок службы фильтров тонкой очистки. Значение его зависит от содержания в топливе механических примесей, воды, мыльных продуктов нафтеновых кислот и других смолистых продуктов окисления. Обычно норма коэффициента фильтруемости не превышает 3 единиц. Это позволяет ограничить содержание в топливе всех загрязнений и, тем самым, обеспечить надежность работы топливной аппаратуры.
8. Сернистые соединения содержаться в дизельном топливе в больших количествах, чем в бензине. К ним относятся продукты активной серы, такие как: меркаптаны, сероводород, элементарная сера и т.д. Все они при сгорании образуют оксиды серы, т.е. газообразные продукты, которые при высокой температуре в газовой сфере оказывают коррозионное воздействие на металлы. А при низких температурах они легко растворяются в каплях воды, конденсирующихся из продуктов сгорания. При этом образуются серная и сернистая кислоты.
Установлено, что износ деталей дизельных двигателей примерно пропорционален содержанию в топливе серы. Исходя из этого показателя дизельные топлива подразделяют на два вида:
· Первый – с содержанием серы до 0,2%;
· Второй – с содержанием серы до 0,5%.
Наиболее коррозионно-агрессивными соединениями серы являются меркаптаны и сероводород. Содержание их в нефтепродуктах строго регламентируется.
9. Дизельное топливо обладает склонностью к образованию нагаро- и лакоотложений в двигателе, которые приводят к нарушениям рабочего процесса двигателя. В результате ухудшается технико-экономические и экологические показатели двигателя, а также увеличивается износ деталей его механизмов.
На образование отложений влияют следующие факторы, такие как:
· Фракционный состав топлива;
· Содержание сернистых соединений;
· Содержание непредельных и ароматических углеводородов;
· Содержание неорганических примесей.
Большое количество нагара оставляют в камерах сгорания более тяжелые топлива, в которых содержится большое количество серы и ее соединений. Также возрастает склонность топлив к нагарообразованию с увеличением содержания в них ароматических и непредельных углеводородов.
Стандартным показателем количества непредельных углеводородов в топливе регламентируется йодным числом, которое с увеличением непредельных углеводородов возрастает.
Йодное число соответствует количеству йода в граммах, способного присоединиться к 100г нефтепродукта. Йод способен реагировать только с олефинами, поэтому чем их больше будет в топливе, тем выше будет йодное число, которое по стандарту не должно превышать 6г йода на 100г топлива (как для зимних, так и для летних видов топлива).
Количество смолистых веществ в дизельных топливах оценивается количеством фактических смол.
Зольность и коксуемость оцениваться как склонность ДТ к нагарообразованию.
Зольность характеризует содержание в топливе несгораемых неорганических соединений, которые повышают абразивные свойства топлива.
Коксуемость – это свойство топлива образовывать углистый остаток при нагреве без доступа воздуха.
Коксуемость зависит:
· От содержания в топливе смол;
· От содержания в топливе непредельных углеводородов (олефинов).
Зольность и коксуемость топлив регламентируется по ГОСТу до 10%-ного остатка.
10. В зависимости от условий применения установлены основные три марки дизельного топлива:
Л. (летнее) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0˚С и выше;
З. (зимнее) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха -20˚С и выше;
А. (арктические) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха -50˚С и выше.
Контрольные вопросы к лекции № 5:
1. Какие эксплуатационные требования предъявляются к дизельным топливам?
2. Какие свойства и параметры ДТ влияют на подачу его в цилиндры двигателя?
3. Какие свойства и параметры ДТ влияют на смесеобразование ТВ-смеси в цилиндрах дизельного двигателя?
4. Как оценивается самовоспламеняемость дизельного топлива?
5. Какими показателями дизельного топлива определяется нормальная, «жесткая» и «мягкая» работы дизельного двигателя?
6. Что такое цетановое число, что оно характеризует для летних, зимних и арктических марок топлив?
7. Способы повышения цетанового числа?
8. Какие свойства дизельных топлив влияют на образование отложений в двигателе?
9. Какие методы получения дизельного топлива позволяют увеличить его ресурсы?
10. От чего зависят коррозионные свойства дизельного топлива?
11. Что определяет испаряемость дизельных топлив?
12. Что показывают температуры помутнения и застывания дизельного топлива?
13. Какой эксплуатационный показатель дизельного топлива определяет его бесперебойную подачу из баков к двигателю при низкой температуре воздуха?
14. Какой вред дизельному двигателю наносит вода, находящаяся в топливе?
15. Почему фракционный состав дизельного топлива не регламентируется по температуре 10%-ного выкипания, а регламентируется только по температуре 50%-ного и 96%-ного выкипания?
Литература:
1. Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебник для вузов. – М.: Транспорт, 1986. – 59…87 с.
2. Кириченко Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебное пособие. – М.: Академия. 2003 г. – 36…47 с.
3. Джерихов В.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы. Часть I. Топлива. Учебное пособие. – СПб.: ГАСУ. 2008. – 120 141 с.