4.4 Експлуатаційні властивості і використання дизельних палив

Вимоги до дизельних палив відрізняються від вимог, які ставляться до карбюраторних палив, а в деяких випадках –протилежні до них. Вивчення даного розділу повинно починатися з пояснення вимог до дизельного палива для забезпечення нормальної роботи швидкохідних дизелів: безперебійне його подання, добре розпилення і сумішеутворення, легке самозаймання, плавне і повне згоряння. Необхідно також, щоб паливо не викликало корозії деталей двигуна.

Безвідказна робота паливної помпи високого тиску і безперервна подача палива в циліндри залежать від низькотемпературних властивостей, в’язкості, вмісту в паливі механічних домішок і води. Низькотемпературні властивості характеризують рухливість палива при від’ємних температурах і оцінюються температурами помутніння і застигання.

Температурою помутніння (гранична температура фільтрованості) називають температуру, при якій змінюється фазовий стан палива, тобто поряд з рідкою фазою з’являється тверда. При цьому паливо мутніє внаслідок виділення мікрокристалів високоплавких парафінових вуглеводнів або льоду (якщо в паливі є вода). При помутнінні дизельне паливо не втрачає текучості. Розміри кристалів такі, що вони проходять через фільтри грубої очистки і не проходять через фільтри тонкої очистки, на яких утворюються тонка парафінова плівка. Порушення подачі палива із-за його помутніння можливе при пуску і прогріванні дизеля. Для забезпечення нормальної експлуатації двигуна необхідно, щоб температура помутніння була нижче температури довкілля.

Температурою застигання називають температуру, при якій паливо втрачає рухомість. Температура застигання нижче температури помутніння на 5…10⁰ С. При зниженні температури, випавші кристали парафінів починають зрощуватися, утворюючи просторову решітку, всередині якої знаходяться рідкі вуглеводні палива. При температурі застигання кристалічна решітка настільки зміцнюється, що паливо втрачає рухомість і подача такого палива не можлива. Температура застигання палива повинна бути на 8…12⁰С нижче температури довкілля. Згідно ДСТУ 3868-99 температура застигання для літнього дизельного палива повинна бути не вище мінус 10⁰С, а для зимового не вище мінус 25⁰С.

Необхідно звернути увагу на те, як можна покращити низькотемпературні властивості дизельного палива і тим самим одержати зимову марку. Існує два методи зниження температури застигання палива. Перший з них полягає у вилученні з палива високоплавких вуглеводнів (депарафінізація). Другий спосіб – додавання до дизельних палив присадок – депресантів. Як виняток при відсутності зимового дизельного палива в умовах експлуатації допускається добавка гасу (типу реактивного палива) в кількості до 25%.

Важливим показником якості дизельного палива є в’язкість. Паливо з дуже великою в’язкістю може викликати перебої в подачі його до помпи внаслідок великого опору при протіканні палива по системі живлення через фільтри і отвори форсунок. При зниженні в’язкості палива погіршується змащування прецизійних пар паливних помп. Крім того, в’язкість впливає на якість розпилення, однорідність робочої суміші і повноту згоряння палива. Для літнього дизельного палива кінематична в’язкість повинна занходитися в межах (3,0…6,0)^.10^-6м²/с, а для зимового – (1,8…6,0)^.10^-6м²/с.

Механічні домішки і вода в дизельному паливі не допускаються, так як збільшують спрацювання деталей двигуна, особливо плужерних пар, порушують роботу паливопроводів при від’ємних температурах довкілля і викликають корозію деталей. Тому дизельне паливо перед використанням необхідно відстоювати на протязі 6..8 діб.

Процеси сумішеутворення і згоряння палива в дизельних двигунах, особливо швидкохідних, проходять за дуже короткий проміжок часу, який відповідає 15…20⁰ повороту колінчастого вала, що приблизно в 10 разів менше, ніж в карбюраторному двигуні. Якість утворення робочої суміші і її згоряння залежать від тиску і температури стиснутого повітря, концентрації парів палива і повітря, тонкості розпилення, випаровування і хімічного складу палива. Хімічний склад палива є вирішальним фактором, який визначає температуру самозаймання, період затримки самозаймання і швидкість розповсюдження полум’я в горючій суміші. Найбільш схильні до окислення і самозаймання н-парафінові вуглеводні, більш стійкі нафтенові і найбільш стійкі до окислення ароматичні вуглеводні.

Оцінкою самозаймання дизельного палива служить цетанове число. Його визначають на одноциліндровому двигуні УИТ 9-3 із змінною мірою стиску за методом співпадання спалахів, шляхом порівняння самозаймання досліджуваного дизельного палива з еталонними паливами. Еталонними паливами є суміші цетану, займання якого прийнято за 100 одиниць і α- металнафталіну, займання якого прийнято за 0.

Цетанове число дизельного палива дорівнює вмісту (% об.) цетану в штучно приготовленій суміші з α- метилнафталіном, яка еквівалентна за самозайманням досліджуваному паливу.

Цетанове число дизельного палива впливає і на інші показники роботи двигуна: його пуск, максимальний тиск згоряння, питому витрату палива, відкладення в двигуні, температуру, димність і токсичність відпрацьованих газів. При збільшені цетанового числа палива показники роботи двигуна покращуються.

Для дизельних палив, що використовуються у швидкохідних дизелях і які випускаються в даний час промисловістю, цетанове число повинно знаходитися в межах 45…50 одиниць. Підвищення цетанового числа більше ніж 50 суттєво не впливає на роботу дизельного двигуна. Таким чином, хімічний склад палива значно впливає на затримку його займання в двигуні, а також і на інші показники роботи .

Велике значення має і фракційний склад дизельного палива, який впливає на пускові якості, повноту згоряння, нагароутворення, закоксованість форсунок, змащення циліндропоршневої групи і стан оливи в картері, а також на самозаймання палива.

Важливим показником властивостей дизельного палива є його схильність до нагароутворення в циліндрах двигуна. Необхідно звернути увагу на те, що в стандарті нормується вміст фактичних смол і йодне число. Фактичні смоли сприяють підвищеному нагароутворенню, викликають закоксовування форсунок, що може призвести до обриву носка розпилювача. Йодне число характеризує вміст в дизельних паливах ненасичених вуглеводнів, здатних осмолятися і погіршувати якість палива. Концентрація фактичних смол не повинна перевищувати 30…40 мг/100см³ палива в залежності від марки палива, йодне число – не більше 6 г І₂/100г палива.

Корозійна активність дизельних палив, як і бензинів, залежить від вмісту в них сірки, сірчаних сполук, лугів, мінеральних і органічних кислот. Найбільш небезпечними є активні сірчані сполуки та мінеральні кислоти і луги, що залишилися після кислотно-лужної очистки. Тому вміст їх в дизельному паливі, як і в бензині, не допускається. Але, на відміну від бензинів, крім випробування на мідну пластину, окремо проводиться аналіз на наявність меркаптанової сірки і сірководню. Сірководень в дизельному паливі не допускається, а меркаптанова сірка не повинна перевищувати 0,01% мас.

Необхідно також вивчити заходи, скеровані на економічну витрату палива і охорону довкілля від забруднення паливом і відпрацьованими газами.

Залежно від умов використання ДСТУ 3868-99 передбачений випуск 2 марок дизельного палива: Л- літнє і З- зимове. Паливо Л рекомендується для використання за температури повітря не нижче мінус 5⁰С, паливо З – не нижче мінус 15⁰С. За вмістом сірки дизельні палива діляться на чотири види: перший – масова частка сірки не більше 0,05%, другий – не більше 0,10%, третій – не більше 0,20%, четвертий – не більше 0,50%.

В умовне позначення дизельного палива марки Л повинні входити масова частка сірки і спалаху, дизельного палива марки З – масова частка сірки і температура застигання.

Наприклад, Л-0,1-40 означає:Л – паливо літнє з вмістом сірки до 0,1% і температурою спалаху 40⁰С;

З-0,2-(-25) – паливо зимове з вмістом сірки до 0,2% і температурою застигання мінус 25⁰С.