Свойства топлива, обеспечивающие его бесперебойную подачу

На подачу топлива влияют присутствие в топливе механических примесей и воды, вязкостно-температурные свойства топлива, температура помутнения и застывания. В топливоподающей аппаратуре дизелей зазор в топливном насосе составляет 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. Контроль за выполнением этого требования осуществляется следующим стандартным методом. Через доведенный до постоянной массы бумажный фильтр отфильтровывают разбавленное бензином дизельное топливо. Увеличение первоначальной массы фильтра, отнесенное к массе пропущенного через фильтр топлива, выраженное в процентах, и характеризует количество механических примесей.

Показатели качества дизельного топлива существенно ухудшаются при попадании в топливо воды. Вода присутствует в топливе в свободном или в растворенном состоянии. Но чаще всего наблюдается присутствие воды в обоих состояниях одновременно. Свободная вода находится в топливе в виде эмульсии, причем если размер капель составляет доли микрона, то топливо даже не теряет прозрачности; с увеличением размера капель топливо постепенно мутнеет и становится непрозрачным. Растворимость воды в топливе зависит от температуры и может изменяться от 0,003 % при 0°С до 0,01 % при 27 °С.

Испаряемость дизельных топлив

Процесс испарения дизельных топлив происходит в условиях высоких температуры и давления, а также интенсивных вихревых движений воздуха, характерных для внутренней полости камеры сгорания дизеля в конце такта сжатия. Время, отводимое на нагревание, зависит от частоты вращения вала двигателя и составляет: от 50 мс для тихоходных двигателей до 0,5 мс для быстроходных (с частотой вращения 6000 мин^–1). На испарение дизельных топлив влияют те же физико-химические свойства, что и на бензины в двигателях с искровым зажиганием, но количественно эти характеристики различаются.

Процессы внутреннего смесеобразования, характерные для дизелей, нельзя рассматривать отдельно от процессов воспламенения и сгорания топлива. 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 несколько ниже. Диапазон кипения дизельных топлив обычно 150–360°С: для тихоходных, стационарных и судовых дизелей используют более тяжелое топливо, выкипающее при температуре 230– 360°С (газойль), или соляровые фракции с температурой перегонки 300–400°С. На процесс испарения дизельных топлив большое влияние оказывает поверхностное натяжение: чем меньше поверхностное натяжение, тем тоньше и однороднее распыление топлива форсунками, способствующее ускорению процессов испарения и смесеобразования.

Склонность топлива к самовоспламенению. Цетановое число

Воспламенение топлива в дизеле – сложный и многостадийный процесс. 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. Цетановым числом (ЦЧ) называют процентное (по объему) содержание цетана в смеси его с α -метилнафталином при условии, что эта смесь на стандартной установке и стандартном режиме имеет такую же задержку воспламенения, как и исследуемое топливо.

Определение ЦЧ производится на установках ИТ9-ЗМ или ИТД-69, основным агрегатом которых является одноцилиндровый предкамерный дизель рабочим объемом 652 см³ и переменной степенью сжатия. В качестве эталонных топлив используют два индивидуальных углеводорода – цетан (нормальный гексадекан C₁₆H₃₄) и α-метилнафталин (ароматический углеводород C₁₁H₁₀). Цетан обладает высокой склонностью к самовоспламенению (имеет малую задержку самовоспламенения), и его воспламеняемость условно принята за 100 ед., α-метилнафталин, наоборот, имеет большую задержку самовоспламенения, его воспламеняемость принята за 0. Составляя смеси цетана и α-метилнафталина в объемных процентах, можно получить топливо с ЦЧ от 0 до 100. ЦЧ определяют методом совпадения вспышек. ЦЧ современных топлив для быстроходных дизелей должно быть не менее 45, для топлив среднеоборотных и малооборотных дизелей ЦЧ не нормируется.

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, циклоалканы, ароматические углеводороды.

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.