Прокачування палив

Система живлення дизеля складається з паливного бака, па-ливопідкачувального насоса, фільтрів грубої Г тонкої очистки та запобіжних фільтрів високого тиску, насоса високого тиску та форсунок, призначення для подачі палива з бака автомобіля до камери згоряння.

Прокачування палива, робота паливного насоса, спрацювання прецизійних пар насоса високого тиску, для яких паливо одночасно є й мастилом, тонкість розпилювання і повнота згоряння палива, його витрати, склад відпрацьованих газів значною мірою залежать від в'язкості дизельних палив.

Розрізняють кінематичну і динамічну в'язкість. Динамічна в'язкість (коефіцієнт динамічної в'язкості) - це відношення діючого дотичного напруження до коефіцієнта швидкості. Вона є мірою опору рідини течії. Динамічна в'язкість  обчислюється як добуток кінематичної в'язкості v і її густини  при тій самій температурі. В Сі одиницею динамічної в'язкості є паскаль-секунда (Пас). На практиці використовують 1 МПас = 10-³ Пас. Допускається застосувати сантипуази (1 сП= 1 МПас). Кінематична в'язкість - це відношення динамічної в'язкості до густини при тій же температурі, міра опору рідини течії під впливом гравітаційних сил. У Сі одиницею кінематичної в'язкості є квадратний метр на секунду (м²/с). На практиці користуються меншою одиницею: 1 мм²/с = 10^-6 м²/с; допускається застосовувати сантистокс (1 сСт = 1 мм²/с). Визначають кінематичну в'язкість скля­ними віскозиметрами. Сутність методу визначення кінематичної в'язкості скляними віскозиметрами ньютонівських рідин, тобто у яких напруження зрушення пропорційне швидкості деформації, полягає у вимірюванні часу витікання визначеного об'єму досліджуваної рідини під впливом сили тяжіння.

В'язкість дизельних палив не є величиною постійною, вона зміню­ється із зміною температури (табл. 1). Для дизельних палив в'язкість визначають при температурі 20 °С. Паливо з дуже великою в'язкістю може спричинити перебої в подачі його до насоса внаслідок опору при Протіканні по системі живлення через фільтри і отвори форсунок. Критичні значення в'язкості, при яких мають місце ускладнення в подачі палива в циліндри, неоднакові для різних конструкцій паливо-подавальної системи.

Таблиця 1 - Залежність в'язкості дизельних палив від температури

Марка палива	Кінематична в'язкість, мм2/с, при температурі, °С
	+20	0	-10	-20
Літня	6,36	12,94	20,59	50,92
Зимова	4,26	8,36	2,43	20,60

В'язкість, густина, поверхневий натяг палива впливають на тонкість розпилювання, витрати палива. Чим менше значення цих показників, тим краще розпилювання, тим меншого діаметра краплинки утворюються при розпилюванні палива, тим краще випаровування. Але при цьому зменшується далекобійність струменя, тому що маленькі краплинки мають малий запас кінетичної енергії. Спостерігаються нерівномірність горючої суміші, неповнота згоряння і перевитрати палива за рахунок недовикористання кисню, із зниженням в'язкості зменшується цетанове число, погіршуються змащувальні властивості.

З підвищенням в'язкості палива глибина проникнення струменя збільшується, тому що утворюються краплі великого діаметра, поліпшується однорідність горючої суміші. Але при цьому погіршується випаровування палива, повнота його згоряння. Це веде до перевитрат палива, недобору ^потужності, підвищення димності і токсичності відпрацьованих газів. Оптимальні значення в'язкості дизельних палив залежать від конструктивних особливостей паливного насоса, камери згоряння, сезонності використання.

Великого значення для забезпечення пуску та нормальної роботи дизельних двигунів при низьких температурах оточуючого повітря набувають низькотемпературні властивості, які характеризуються температурою помутніння і температурою застигання. Дизельні палива мають різні низькотемпературні властивості залежно від їхнього хімічного складу. Палива, у складі яких багато нафтенових і ароматичних вуглеводнів, з охолодженням втрачають свою рухомість при температурах -55...-60 °С. Палива, що складаються з великої кількості н-парафінових вуглеводнів, мають погані низь­котемпературні властивості внаслідок кристалізації парафінів навіть при позитивних температурах. Кристали парафінів забивають систему живлення двигуна, особливо паливні фільтри, утворюючи на них тоненьку парафінову плівку, порушують, а частіше припиняють подачу палива.

Температурою помутніння називають температуру, при якій змінюється фазовий склад палива, тому що поряд з рідкою фазою з'являється тверда. При цьому паливо втрачає свою прозорість, мутнішає внаслідок виділення мікроскопічних кристалів льоду (якщо в паливі є вода) і, основне, твердих вуглеводнів. При помутнінні паливо не втрачає рухомості. Розміри кристалів такі, що вони проходять через елементи фільтрів грубої очистки і не проходять через елементи фільтрів тонкої очистки, на яких утворюється тонка парафінова плівка. За рахунок відкладення парафінових кристалів у системі живлення двигуна можливе порушення подачі палива під час пуску і прогрівання дизеля.

Із подальшим зниженням температури кристали парафіну почина­ють зрощуватись, утворюючи просторову решітку, всередині якої знаходиться рідка фаза палива. При температурі застигання кристалічна решітка настільки зміцнюється, що паливо втрачає текучість, подача такого палива неможлива. Температура, при якій паливо втрачає рухомість, називається температурою застигання. Між температурою помутніння і застигання дизельного палива є розрив у 8-35 °С залежно від хімічного складу палива. Температура повітря, при якій можлива експлуатація дизельного палива, повинна бути на 5-10 °С вищою від температури помутніння для запобігання порушен­ням у подачі палива в двигун. Наприклад, паливо з температурою помутніння -19 °С можна використовувати при температурах повітря не нижчих від - 14 °С.

Крім хімічного складу, на низькотемпературні властивості дизельних палив значно впливає фракційний склад (табл. 2). Чим вища температура википання палива, тим гірші ці властивості.

Таблиця 2 - Залежність низькотемпературних властивостей палива

від фракційного складу

Границі википання, °С	Температура помутніння, °С	Температура застигання, °С	Цетанове число
150-350	-13	-19	50
200-350	-11	-15	51,3
230-350	-7	-12	53

Низькотемпературні властивості палива можна поліпшити виділен­ням частини н-парафінових вуглеводнів (депарафінізацією). При депарафінізації можна одержати паливо із заздалегідь заданою температурою застигання. Але не слід забувати, що при депарафініза­ції виділяються високоцетанові компоненти - н-парафінові вуглеводні, тобто знижується цетанове число. Палива з поганими низькотемпературними властивостями мають високі цетанові числа, а палива з високими низькотемпературними властивостями - незадовільні цетанові числа. Для збереження цетанового числа на необхідному рівні проводять неглибоку депарафінізацію, а для поліпшення низькотемпературних властивостей до палив додають спеціальні присадки - депресанти, серед яких найпоширенішими є полімерні продукти. Добавка депресантів економічно вигідна і перспективна.

Витрати палива для пуску двигуна значною мірою залежать від температури повітря. Вплив температури повітря на роботу автомобіля дуже великий (табл. 3).

Таблиця 3 - Вплив температури повітря на роботу автомобіля

Параметр	Температура повітря, °С
	-10	-20	-30
Збільшення витрат палива, %	-	12	30
Витрати палива на пуск і прогрівання дизеля до 60 °С, кг	2,0-2,5	3,0-3,5	4,5-5,0
Тривалість прогрівання дизеля водою з температурою 85-90 °С, хв	15	40	100
Число заправок водою для прогрівання двигуна	1,5	3,0	6,0
Тривалість підігрівання двигуна з допомогою передпускового підігрівника, хв	15-20	20-25	25-30
Пробіг автомобіля до повного прогрівання двигуна і трансмісії, км	1,5-2,6	3,0-3,5	12-15

Перевитрати палива автомобілем у зимовий період залежать від таких причин: до 20 % - за рахунок погіршення теплового режиму роботи двигуна; до 10 % - за рахунок поганих дорожніх умов і снігового покриву; до 15 % - за рахунок збільшення непродуктивного часу роботи двигуна при пусках і прогріванні, до 20 % - за рахунок необхідності періодичного прогрівання двигуна на стоянках автомобілів; до 15 % - за рахунок використання палив і масел, що не відповідають сезонним вимогам. Палива можуть прокачуватись при температурах нижчих від температури їхнього помутніння, якщо паливний фільтр розміщений в підкапотному просторі. Велике значення для забезпечення прокачування палива має відповідність його якості температурно-кліматичним умовам експлуатації. З цією метою промисловість випускає арктичне, зимове та літне паливо. Однак зимового палива випускається значно менше, ніж літнього, тому часто в зимовий період експлуатації надходить на підприємство літнє паливо. Використання літнього палива при низьких температурах оточуючого повітря веде до перебою в роботі двигуна, робить подачу палива неможливою. При відсутності підігрівання двигуна при низьких температурах повітря і відсутності зимового палива, як виняток, для зниження температури застигання дизельних палив в умовах експлуатації допускається добавка гасу. З цією метою використовують низькозастигаючі гаси (типу реактив­них палив) в кількості до 25 %: при температурах повітря до - 25 °С добавляють до 10 % гасу, при температурах нижче - 25 °С - до 25%. При значному розведенні дизельного палива гасом знижується цетанове число, що веде до жорсткої роботи двигуна, погіршення змащувальних властивостей палива, в зв'язку з чим підвищується спрацювання плунжерних пар, збільшуються витрати палива і масла, підвищуються димність і токсичність відпрацьованих газів. Добавка звичайного гасу недопустима, тому що він має погані низькотемпературні властивості: температура помутніння технічного гасу дорів­нює -12...-15 °С. Тому перед тим, як добавляти гас, треба уточнити температуру його помутніння, яка повинна бути не вищою від - 25 °С, інакше добавка гасу не має значення. При добавці 25 % низькозастигаючого гасу до дизельного палива температура застигання суміші знижується на 8-10 °С.

Марку дизельного палива (сезонність його застосування) можна визначити експрес-аналізом. Для цього готують охолодну суміш із снігу з сіллю. Замість снігу Можне використовувати дрібнотовчений лід. У суху чисту пробірку заливають на ¼ висоти дизельне паливо, закривають корком (чи щільно ватою) і ставлять вертикально в охолодну суміш. Через 20 хв пробірку виймають із охолодної суміші, протирають із зовні від снігу і солі та переглядають вміст пробірки. Якщо паливо помутніло, втратило прозорість (а тим більше рухомість), воно є літньої марки.

Одна з головних причин відказів живлення і паливної апаратури (від 30 до 95 %) - наявність води і механічних домішок у дизельному паливі. Вода і механічні домішки потрапляють у паливо по всьому шляху транспортування (від нафтозаводу до двигуна) і можуть становити іноді дуже великі кількості:

Місце відбору проби	Кількість механічних домішок, % (г/т)
Склад нафтозаводу	0
Резервуари перевалочної нафтобази	0,006(60)
Цистерни міської нафтобази	0,010(100)
Резервуар заправного пункту	0,018(180)
Паливний бак автомобіля	0,025(250)

Більшість механічних домішок абразивного характеру (пісок), мають дуже велику твердість і спричинюють підвищене спрацювання двигуна. Особливо небезпечні домішки для паливних насосів високого тиску і форсунок. Прецизійні пари мають зазор 1,5-3,0 мкм. Тому навіть невелика кількість механічних домішок, розмір яких сумірний із зазором плунжерних пар, викликає підвищене спрацювання їх. Паливні фільтри (повстяні, паперові) треба регулярно чистити. Забруднені паперові фільтруючі елементи паливного фільтра тонкої очистки заміняють новими (при ТО-2).

Механічні домішки в паливі підвищують смолоутвореннл, забруднюють паливну систему, збільшують утворення смолистих відкладень та нагарів на форсунках і в камері згоряння, внаслідок чого погіршуються надійність і довговічність системи живлення, значно збільшуються витрати палива, димність і токсичність відпрацьованих газів. При використанні забрудненого палива строкслужби паливної апаратури скорочується в 5-6 разів. Значну увагу треба приділяти герметичності пробок горловин паливних баків на автомобілях, ос­кільки вони знаходяться в місцях найбільшого запилення. Фільтри грубої і тонкої очистки палива забруднюються через 500-2500 км пробігу залежно від умов роботи. Несвоєчасне промивання фільтра грубої очистки і заміна фільтруючих елементів у фільтрі тонкої очистки призводять до різкого збільшення вмісту механічних домішок у паливі. Перед заправкою в автомобіль паливо повинно відстоюватись не менш як 10 діб. Чистота верхніх і нижніх шарів після відстою буде неоднаковою. Навіть при відстої протягом 10 діб у нижніх шарах палива залишаються найдрібніші частки механічних домішок, які викликають найбільшу небезпеку для паливної апаратури (табл. 4). Тому забирати паливо для автомобілів треба з верхніх шарів палива. Для очистки палив від механічних домішок під час транспортування, зберігання і видачі споживачам передбачені герметизація ємкостей і фільтрація палива при перекачуванні.

Вміст механічних домішок у дизельному паливі не допускається. Наявність механічних домішок у паливі можна визначити у плямі палива, яка розтікається на склі при нанесенні кількох краплин палива (на склі їх добре видно), або за плямою на фільтрувальному папері.

Вода в дизельному паливі може бути у вільному і розчинному станах (в дуже незначній кількості). Кількість розчиненої води в дизельних паливах значно менша, ніж у бензинах (табл. 5) та гасі. Небезпечною є вода, яка попадає в паливо ззовні і яка знаходиться у вільному стані. При зниженні температури вода перетворюється в кристали льоду. В утворенні кристалів може брати участь паливо. Щоб запобігти утворенню кристалів і, отже, порушенням у роботі паливної системи двигуна, можна використати присадки, зокрема метилцелозольв, багатоатомні спирти, що добавляють у паливо до 0,3 %. Щоб запобігти утворенню кристалів льоду та інею в паливах в авіації застосовують присадки ТГФ (тетрагідрофурфуриловий спирт), рідину И (етилцелозольв), а також ці присадки модифіковані - ТГФ-М та И-М. Ці присадки вводять у гас до 0,3 %. Присадки можна використати в дизельному паливі, що дасть змогу застосовувати літні палива у зимових умовах. Використання них присадок ускладнюється тим, що вони водорозчинні і можуть вимитись водою при зберіганні та транспортуванні. Тому краще було б застосовувати їх безпосередньо при експлуатації на підприємствах. При роботі з ними треба бути дуже обережними, тому що ці присадки - високотоксичні речовини. У паливних баках при використанні антикристалізуючих присадок може утворитися низькозастигаючий водний розчин присадок, який треба зливати перед заправкою свіжим паливом.

Таблиця 4 -Осадження механічних домішок з дизельного палива у горизонтальному резервуарі діаметром 2 м при температурі 20 °С

Показник осадження	Час відстою, доба
	1	2	3	10
Кількість осілих домішок, %	40	65	85	98
Осілі на дно частинки, %, розміром:	Повністю
більше 0,050 мм
0,050-0,0 10 мм	50	75	85	100
0,010-0,005 мм	10	20	30	100
менше 0,005 мм	1	2,5	5	20
Висота шару, повністю вільного від механічних домішок, см	-	10	25	160

Таблиця 5 - Залежність розчинності води в паливах від температури

Паливо	Розчинність води, %, при температурі, °С
	-10	0	+10	+20	+30
автомобільний	0,0073	0,0098	0,0137	0,0208	0,0318
авіаційний	0,0056	0,0071	0,0098	0,0150	0,0232
Паливо:
для реактивних літаків (ГАС)	0,0033	0,0042	0,0063	0,0115	0,0193
для швидкісних дизелів (дизельне паливо)	0,0021	0,0026	0,0037	0,0058	0,010

Наявність води в дизельному паливі призводить до порушень у ро­боті двигуна, підвищення корозійності, збільшення його спрацювання. Вода в паливі може бути причиною зупинки двигуна після його пуску, тому що, „просочуючи" паливні фільтри, вона припиняє подачу палива.

Наявність різноманітних домішок (у тому числі механічних домішок і води) у дизельному паливі характеризується ще таким показником, як коефіцієнт фільтрації- співвідношення часу фільтрації останніх 2 мл палива до часу фільтрації перших 10 мл палива в спеціальному приладі. Із збільшенням вмісту домішок у паливі підвищується коефіцієнт фільтрації, тобто підвищується ступінь забивання приладу. При збільшенні коефіцієнта фільтрації погіршується робота паливної апаратури.

В умовах експлуатації наявність води в паливі можна визначити експрес-аналізом. Для цього в суху чисту пробірку заливають на ½ висоти добре перемішане паливо і кидають 2-3 кристалики перманганату калію. Закривши отвір пробірки корком чи пальцем, добре перемішують її вміст. При наявності води в паливі кристалики перманганату калію утворюють водні розчини навколо кристалика. Наявність води в паливі можна визначити інакше. Для цього в пробірку заливають на ¼ її висоти добре перемішана паливо. Нахиляють пробірку під кутом 45° отвором від себе і дно пробірки підігрівають сірником (послідовно не більше двох сірників). При наявності води в паливі утворюється піна, яка буде підніматись по стінці пробірки.

Виділити воду з дизельного палива в умовах експлуатації можна методом відстою палива (чим вища температура, тим менший час відстою) або центрифугуванням (при цьому разом з водою виділяються механічні домішки). Використання центрифугування можливе з одночасним охолодженням палива для викристалізовування води і швидкої очистки. Воду і механічні домішки з палива можна виділити фільтрацією через фільтри із капрону і тирси (але не хвойних дерев).