ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА В отличие

ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА В отличие от двигателей с искровым зажиганием в дизелях происходит самовоспламенение топлива при его впрыскивании в камеру сгорания в конце такта сжатия. Температура воздуха для надежного самовоспламенения топлива в момент начала подачи топлива должна составлять 500— 600 °С. Для достижения такой температуры воздуха степень сжатия должна быть значительно выше, чем у двигателей с искровым зажиганием, и достигать 16— 17, а в некоторых случаях и 23.

Дизельное топливо Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново- газойлевых фракций прямой перегонки нефти. Основные потребители дизельного топлива — железнодорожный транспорт, грузовой автотранспорт, водный транспорт, военная техника, дизельные электрогенераторы, сельскохозяйственная техника, а также в последнее время и легковой дизельный автотранспорт. Удельная теплота сгорания в воздухе 42. 7 106 Дж/кг Не возобновляемое топливо Наличие сажи в отработавших газах Высокая стоимость В последнее время в рамках борьбы за экологию жёстко нормировано содержание серы в дизельном топливе. Плотность при 20 0 С, 820 -840 кг/м 3 Вязкость при 20 0 С, 3. 5 -6 сст Температура застывания(кристаллизации), -10 0 С Температура кипения, 180 -360 0 С Температура самовоспламенения 200 -260 0 С Температура вспышки, 40 -65 0 С

Основные свойства дизельных топлив Свойства топлива, обеспечивающие его бесперебойную подачу. В топливоподающей аппаратуре дизелей имеются прецизионные детали (зазор в плунжерной паре топливного насоса 1, 5— 2, 0 мкм), и это предопределяет очень высокие требования к чистоте дизельного топлива. Механических примесей и воды в дизельном топливе быть не должно. Большое значение для бесперебойной подачи топлива имеют его вязкость и вязкостно-температурные свойства. Чем меньше вязкость дизельных топлив, тем надежнее их подача, лучше фильтруемость и низкотемпературные свойства. С увеличением давления (в современных, топливоподающих системах давление впрыскивания может превышать 100 МПа) вязкость топлива повышается. Уже при давлении 20 МПа вязкость топлива увеличивается в 2 раза, при давлении 60 МПа — в 4 раза, при давлении 100 МПа — в 10 раз. С понижением температуры вязкость дизельных топлив возрастает, затрудняя наполнение секций насоса высокого давления; однако практически нарушение подачи топлива наступает только при температуре ниже температуры его помутнения. В целях понижения температуры застывания в топливо добавляют депрессоры, т. е. вещества, которые благодаря своей высокой поверхностной активности обволакивают тончайшей пленкой микроскопические кристаллики застывшего парафина, предотвращая таким образом их дальнейший рост и сращивание в пространственные структуры.

Испаряемость дизельных топлив. Все топлива, применяемые для дизелей, имеют более тяжелый фракционный состав, чем бензины. Начало их кипения находится в интервале температур, в котором кончают выкипать бензины, или не-сколько ниже. Диапазон кипения автомобильных дизельных топлив обычно 150… 360°С. Особый класс представляют собой топлива широкого фракционного состава (ТШФС), применение которых с каждым годом будет увеличиваться. Температура кипения их 60… 350°С при атмосферном давлении. На процесс испарения дизельных топлив большое влияние оказывает поверхностное натяжение: чем меньше поверхностное натяжение, тем тоньше и однороднее распыливание топлива форсунками, способствующее ускорению процессов испарения и смесеобразования. Поверхностное натяжение дизельного топлива при одинаковой температуре на 30— 40 % больше, чем у бензина, но так как его распыливание происходит при более высокой температуре, то практически такой разницы не ощущается.

Склонность топлива к самовоспламенению. Цетановое число. Поскольку посторонних источников воспламенения топлива дизель не имеет, то важнейшим показателем дизельного топлива является склонность его к самовоспламенению. Топливо при впрыскивании в камеру сгорания воспламеняется не сразу. Всегда происходит определенная задержка воспламенения. Чем она меньше, тем более плавно идет процесс сгорания, а, следовательно, двигатель испытывает меньшие динамические нагрузки, работает мягко, без стуков. Для четкой и однозначной оценки склонности топлива к самовоспламенению стандартизован специальный показатель—цетановое число. От ЦЧ зависят и пусковые свойства топлива. Чем оно меньше, тем хуже пусковые свойства. Чрезмерное увеличение ЦЧ, несогласованное с его испаряемостью, также нецелесообразно, так как при этом очаги рано воспламенившегося топлива встречаются с еще неиспарившимся, неподготовленным к сгоранию топливом, что приводит к вялому, неполному сгоранию и, следовательно, к ухудшению топливной экономичности двигателя при одновременном увеличении дымности отработавших газов.

Цетановое число — характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки воспламенения рабочей смеси (т. е. свежего заряда) (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения). Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь. Цетановое число численно равно объёмной доле цетана (С 16 Н 34), цетановое число которого принимается за 100, в смеси с α-метилнафталином (цетановое число которого, в свою очередь, равно 0), когда эта смесь имеет тот же период задержки воспламенения, что и испытуемое топливо в тех же условиях. Оптимальную работу стандартных двигателей обеспечивают дизельные топлива с цетановым числом 40— 55. При цетановом числе меньше 40 резко возрастает задержка горения (время между началом сжатия и горением топлива) и скорость нарастания давления в камере сгорания, увеличивается износ двигателя. Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 48 -51, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановое число 51 -55.

Цетановое число Согласно российским стандартам, цетановое число летнего и зимнего дизтоплива должно быть не менее 48 единиц. Кроме того, технические условия для зимних сортов с депрессорными присадками разрешают выпуск арктического топлива с цетановым числом не менее 40. Премиальное дизельное топливо более лёгкое, содержит больше легковоспламеняющихся лёгких фракций и поэтому более пригодно для запуска двигателя в холодную погоду, кроме того, отношение водорода к углероду в лёгких фракциях выше, поэтому при сгорании такого дизельного топлива образуется меньше дыма. При цетановом числе больше 60 снижается полнота сгорания топлива, возрастает дымность выхлопных газов, повышается расход топлива. В некоторой степени цетановое число зависит от группового состава топлива (доли парафинов, олефинов, нафтенов, ароматики). Парафины, способные к самовоспламенению при низких температурах, являются полезным компонентом дизельного топлива.

Определение цетанового числа Определение ЦЧ производится на установках ИТ 9 -3, ИТ 9 -ЗМ или ИТД-69, основным агрегатом которых является одноцилиндровый предкамерный дизель рабочим объемом 652 см 3 и переменной степенью сжатия

Измерение цетанового числа Цетановое число, определённое на опытном двигателе (ASTM D 613, EN 5165, ISO 5165) являлось единственным надёжным методом определения качества дизельного топлива. С 2009 года в EN 590 и соответствующий российский ГОСТ Р 52368 -2005 вводится ещё один моторный метод - метод задержки самовоспламенения EN 15195 (ГОСТ Р ЕН 15195 - 2011), который показывает хорошую сходимость со старым методом при улучшении точности, воспроизводимости и сокращении теста до 20 мин. Основной проблемой измерения цетанового числа немоторными методами является сильное влияние состава дизельного топлива. То есть моторный метод (включая ГОСТ Р ЕН 15195 -2011) одинаково правильно определяет цетановое число любых видов топлива, а все экспресс анализаторы необходимо перекалибровывать при переходе, допустим, от классической солярки к биодизельному топливу.

Задержка воспламенения зависит не только от свойств топлива, но и от ряда других факторов. Она сокращается при: • повышении степени сжатия; • росте температуры и давления воздуха на впуске; • уменьшении угла опережения впрыскивания; • интенсификации распыливания топлива; • оптимальном законе подачи. При прочих равных условиях решающим фактором, определяющим склонность топлива к самовоспламенению, является его групповой и индивидуальный химические составы. Наибольшей склонностью к самовоспламенению обладают нормальные алканы, причем, чем больше молекулярная масса такого алкана, тем лучшей самовоспламеняемостью он обладает и, следовательно, более высоким ЦЧ. При одинаковом числе атомов углерода в порядке убывания ЦЧ углеводороды располагаются в следующем порядке: • алканы, • моноцикланы, • ароматические углеводороды.

Коррозионное воздействие топлива на двигатель и топливо- подающую аппаратуру. Основной причиной коррозионного воздействия дизельных топлив на металлы являются содержащиеся в них соединения серы. Общее содержание серы в топливе зависит от способов его очистки и от того, из каких нефтей получают это топливо. В топливе из малосернистых нефтей допускаемая норма серы составляет 0, 2 %. В неочищенном топливе из сернистых нефтей содержание серы может достигать 1 и даже 1, 3 %, поэтому эти топлива обязательно подвергают гидроочистке. Высокую эффективность нейтрализации коррозионного воздействия соединений серы обеспечивают также специальные присадки, вводимые непосредственно в дизельное топливо. Их действие основано или на химической нейтрализации агрессивных продуктов непосредственно в цилиндре двигателя, или на образовании защитных пленок на зеркале цилиндров и поршневых кольцах.

Два механизма действия соединений серы, влияющих на интенсивность коррозии и коррозионного износа В двигателе возможны : 1) высокотемпературный механизм, действующий в полости цилиндра, где происходит газовая коррозия, которую вызывают образующиеся при сгорании топлив сернистый и серный ангидриды (SO 2 и SO 3). Коррозионное воздействие SO 3 в несколько раз больше, чем SO 2; 2) низкотемпературный механизм действия, обусловленный образованием сернистой и серной кислот, которые накапливаются в картерном масле и в низкотемпературных отложениях (шламе). Влияние содержания серы в топливе на износ двигателя: 1 — содержание серы 0, 3 %; 2 - содержание серы 1. 0 %.

Интенсивность коррозии и коррозионного износа Действие серы по низкотемпературному механизму зависит от температуры охлаждающей жидкости, возрастая при ее понижении. Содержание серы в топливе способствует увеличению количества углистых отложений в высокотемпературных зонах и значительно увеличивает их твердость, вызывая интенсивное абразивное изнашивание цилиндров и поршневых колец. Наряду с серой коррозионное воздействие на металлы оказывают и содержащиеся в топливе водонерастворимые нафтеновые кислоты, количественно оцениваемые показателем кислотности топлива. Кислотность топлива влияет не только на изнашивание деталей топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы двигателя. Установлена связь кислотности с количеством нагара и закоксованностью распылителей форсунок. Присутствие водорастворимых кислот и щелочей в дизельных топливах, как и в бензинах, не допускается.

Влияние свойств топлива на образование нагара Образование нагара на деталях двигателя, омываемых горячими газами, ухудшает его экономические и мощностные показатели. Влияние серы на образование нагара связано с более интенсивным процессом окислительной полимеризации углеводородов в присутствии соединений серы, в том числе продуктов ее сгорания. Присутствие в топливе смол также увеличивает нагар и закоксованность поршневых колец. Смолы в топливе являются вредными примесями и их количество строго ограничивается стандартом. Влияние содержания в топливе серы на количество отложений:

Достаточно полно определяет влияние топлива на образование нагара показатель его коксуемости - содержание коксующихся веществ в топливе. Коксуемость дизельных топлив должна быть не более 0, 3%, а для некоторых топлив повышенного качества — не более 0, 035 %. Анализы нагара, образовавшегося в камере сгорания дизеля показали, что в нем кроме органических соединений имеется еще один компонент — зола, которая вызывает абразивное изнашивание деталей двигателя, так как в ней содержатся частицы высокой твердости. Для ограничения и контроля негорючих компонентов в стандарты введен показатель зольности, которая в дизельных топливах не должна превышать 0, 01 %. Вывод: Таким образом, чем больше в топливе серы, смол, золы, чем выше его коксуемость, тем сильнее при прочих равных условиях следует опасаться образования нагара в зоне поршневых колец и распылителях форсунок. Увеличение содержания в топливе ароматических и непредельных углеводородов (алкенов и алкадиенов), а также утяжеление фракционного состава тоже усиливают образование нагара.

Виды дизельного топлива

Топлива широкого фракционного состава Наиболее выгодным является применение единого для всех видов дизелей топлива — топлива широкого фракционного состава (ТШФС). ТШФС принято называть топливо, выкипающее в диапазоне температур от 60 до 360 °С. Получить такое топливо можно методом прямой перегонки нефти. Потребителем ТШФС являются дизели любых размеров и любой быстроходности. ТШФС имеют пониженную способность к самовоспламенению. ЦЧ их в основном зависит от нефтяного сырья и составляет не более 35… 40 ед. При малом значении цетанового числа жесткость работы дизелей постепенно становится недопустимо высокой, поэтому необходимо использовать специальные присадки, повышающие цетановое числе ТШФС до общепринятых величин. Присутствие в ТШФС легких фракций улучшает фильтруемость и прокачиваемость ТШФС и понижает температуру застывания

Маркировка дизельных топлив В России дизельные топлива для многооборотных двигателей выпускаются по ГОСТ 305 -82 трех марок, показатели качества которых определены стандартом ГОСТ 305— 82. По этому ГОСТу маркировка топлив характеризует, прежде всего, сезонность или географическую область применения: Л — летнее топливо, З — зимнее А — арктическое Характеристики дизельных топлив:

Маркировка дизельных топлив Для каждой марки отдельно обусловлена климатическая зона • умеренная (более высокая температура помутнения и застывания) • Холодная (более низкая температура помутнения и застывания) а также виды топлива • II. Климатическая зона применения дает возможность подразделить топливо одной и той же марки по температуре помутнения и застывания, Вид топлива — по предельному допустимому содержанию в нем серы. Топливо Л предназначено для применения летом в. умеренной и холодной климатических зонах при условии, что температура окружающего воздуха даже временно не опускается ниже 0°С. Топливо 3 — для двух климатических зон: для умеренной с температурой воздуха не ниже — 20°С и для холодной — с температурой не ниже — 35°С. Топливо А - арктическое, имеет температуру застывания — 55°С. Температуру помутнения для него не нормируют, так как предполагается, что это топливо подвергается глубо-кой депарафинизации.

По содержанию серы топлива выпускаются двух групп: 1 группа - не более 0, 2%; 2 группа - не более 0, 5% (для арктического топлива не более 0, 4%). В обозначение летнего топлива входят массовая доля серы и температура вспышки (например, Л-0, 2 -40 или Л-0, 5 -40). В обозначение зимнего топлива входят доля серы и температура застывания (например, 3 -0, 2 -35 или 3 -0, 5 -35). В обозначение арктических топлив входит только доля серы (например, А-0, 2 или А- 0, 4).

Соответствие марок отечественных и зарубежных дизельных топлив: Основной проблемой выпускаемых в России по ГОСТ 305 -82 дизельных топлив по сравнению с зарубежными топливами является высокое содержание серы, повышающее токсичность выхлопных газов автомобилей.

Требования отечественного и зарубежных стандартов к содержанию серы в дизельных топливах: Можно видеть, что отечественные дизельные топлива превышают требование действующей европейской нормы (EN-590) в 4 -10 раз. В настоящее время в Европе введены более жесткие ограничения на качество топлива. Наиболее жесткие требования к показателям качества дизельного топлива предложены скандинавскими странами: содержание серы не более 0, 001%, полициклических ароматических углеводородов не более 0, 02%, температура конца кипения не более 300 °С.

экологически чистые дизельные топлива Для устранения этого недостатка в России предусмотрен выпуск экологически чистых дизельных топлив ДЭК-Л (вместо Л) и ДЭК-3 (вместо 3) с содержанием серы не более 0, 05%. Индексы ЭК означают, что топливо по содержанию в нем серы удовлетворяет действующей европейской экологической норме.