3.2. Прокачивание топлива

Система питания дизеля в общем виде состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, фильтров грубой и тонкой очистки, топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунок. Из бака топливо при помощи топливоподкачивающего насоса подается через фильтры в ТНВД и под высоким давлением прокачивается через форсунки в камеру сгорания.

Прокачивание топлива, работа ТНВД, снашивание прецизионных пар насоса высокого давления, для которых топливо одновременно является смазывающим материалом, тонкость распыления и полнота сгорания топлива, его расход, состав отработанных газов в значительной степени зависят от вязкости топлива.

Различают вязкость:

- динамичную (η);

- кинематическую (ν);

- условную (для высоко вязкостных нефтепродуктов).

Динамическая вязкость (коэффициент динамической вязкости) (η) – это отношение действующего касательного напряжения к коэффициенту скорости. Она есть мерой сопротивления жидкости течению. Динамическая вязкость η (Па*с) рассчитывается как произведение кинематической вязкости ν и её густоты ρ при той же самой температуре.

Кинематическая вязкость (ν) – это отношение динамической вязкости к густоте при той же самой температуре, является мерой сопротивления жидкости течению под влиянием гравитационных сил. В СИ единицей кинематической вязкости есть квадратный метр на секунду (м²/с). На практике пользуются меньшей единицей: 1мм²/с = 10 ⁶м²/с; допускается использовать сантистокс (1сСт = 1мм²/с).

Определяют кинематическую вязкость стеклянными вискозиметрами.

Вязкость дизельных топлив не является величиной постоянной, она изменяется с изменением температуры. Для дизельных топлив вязкость определяют при температуре 20*С. Топливо с очень большой вязкостью может привести к перебоям в его подаче вследствие сопротивления при протекании по системе питания. Критические значения вязкости, при которых имеют место осложнения в подаче топлива в цилиндры, не одинаковы для разных элементов системы питания.

Пуск и нормальная работа дизелей при низких температурах окружающего воздуха зависят от низкотемпературных свойств, которые характеризуются температурами помутнения и застывания, граничной температурой фильтрованности.

Температурой помутнения называют температуру, при которой изменяется фазовый состав топлива, потому что наряду с жидкой фазой появляется твёрдая. За счет отложения парафиновых кристаллов в системе питания возможно нарушение подачи топлива во время пуска и прогревания дизеля.

С последующим снижением температуры кристаллы парафина начинают сращиваться, образуя пространную решетку, в середине которой находится жидкая фаза топлива. При температуре застывания кристаллическая решетка настолько укрепляется, что топливо утрачивает текучесть, подача такого топлива невозможна. Температура, при значении которой топливо утрачивает движимость, называется температурой застывания.

Между температурой помутнения и застывания есть разрыв в 8-20*С в зависимости от химического состава топлива. Температура воздуха, при которой возможна эксплуатация дизельного топлива, должна быть приблизительно на 3-5*С выше температуры помутнения для предупреждения нарушений в подаче топлива в двигатель. Это касается топлив без присадок-депрессантов. При температурах воздуха, ниже температуры помутнения топлива, которое не имеет в своём составе депрессантов, возможна его прокачка, если топливный фильтр расположен в подкапотном пространстве. Возможность прокачивания топлива по системе питания при низких температурах воздуха характеризуется граничной температурой фильтрованности.

Марка дизельного топлива (летнее или зимнее) определяется в соответствии с низкотемпературными свойствами: температуры застывания и граничная температура фильтрованности.

С целью улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива в условиях эксплуатации возможна добавка низко застывающего гаса (реактивного топлива): при температурах воздуха до минус 15*С можно добавлять до 10% гаса, при более низких температурах воздуха – до 20-25% об. При добавке 25% низко застывающего гаса можно достичь депрессии (снижения) температуры застывания дизельного топлива на 8…10*С. Со снижением температуры застывания дизельного топлива одновременно облегчается фракционный состав и уменьшается температура вспышки смеси дизельного топлива с гасом по сравнению с показателями качества дизельного топлива без такой добавки.

При значительном разведении дизельного топлива гасом снижается цетановое число, что ведет к жесткой работе двигателя, ухудшаются смазывающие свойства топлива, в связи с чем повышается износ плунжерных пар, повышается расход топлива и масла, повышается дымность и токсичность отработанных газов. Смесь дизельного топлива с гасом к использованию летом непригодна.

Улучшение низкотемпературных свойств дизельного топлива можно достичь выделением части н.парафиновых углеводородов – депарафинизацией.

При депарафинизации можно достичь любой заведомо заданной температуры застывания. Но при депарафинизации выделяются все высокоцетановые компоненты (с низкой температурой самовозгорания) – н.парафиновые углеводороды. Так, при выделении 5,3% н.парафиновых углеводородов из дизельного топлива с температурой застывания минус 19*С его температура застывания снижается до минус 47*С, но при этом уменьшается цетановое число на 8 единиц. Для сохранения цетанового числа надлежащего значения проводят депарафинизацию соответствующей глубины, а для улучшения низкотемпературных свойств к дизельным топливам добавляют специальные присадки – депрессаторы.

При добавлении депрессатора изменяется температура застывания и граничная температура фильтрованности, температура помутнения практически не изменяется.

Депрессаторы добавляют в топлива до начала выделения кристаллов н.парафинов, до его помутнения, т.к. они не способны уменьшить размеры уже образовавшихся кристаллов.

В качестве депрессаторов известны десятки соединений, которые имеют разную эффективность. Хорошую эффективность имеют соединения полимерного и сополимерного типа, в частности сополимеры этилена с винилацетатом. Поли-акрилаты имеют меньшую эффективность по сравнению с эффективностью поли-этилен-винил-ацетатами, особенно в улучшении граничных температур фильтрованности.

При смешивании разных партий дизельного топлива, которые содержат депрессаторы (либо другие присадки), низкотемпературные свойства смеси могут ухудшаться по сравнению с низкотемпературными свойствами отдельных партий вследствие использования разных депрессаторов в этих партиях топлив, их несовместимостью.

Наиболее эффективно депрессаторы улучшают низкотемпературные свойства в дизельных топливах, содержащих значительное количество н.парафиновых углеводородов.

Одна из основных причин отказов системы питания и топливной аппаратуры – наличие воды и механических примесей в дизельном топливе. Механические примеси и вода попадают в топливо по всему пути транспортирования (от нефтезавода до двигателя) и могут составлять иногда очень большое количество.

Большинство механических примесей абразивного характера (песок) имеют твердость бòльшую, чем прочность металлов и становятся причиной повышенного износа двигателя.

Для дизельных топлив одним из важных показателей качества является способность топлива обеспечивать чистоту деталей двигателя и топливоподающей системы.

Механические примеси в топливе повышают смолообразование, загрязняют топливную систему, повышают образование смолистых отложений на форсунках, в камере сгорания, вследствие чего повышается расход топлива и масла, дымность и токсичность отработанных газов. При использовании загрязненного топлива срок службы топливной аппаратуры сокращается в несколько раз.

Вода в дизельном топливе может быть в свободном и растворенном (гигроскопичном) состоянии. Количество растворенной воды в дизельных топливах зависит от их химического состава, температуры, влажности воздуха, но её меньше по сравнению с количеством растворенной воды в бензине и гасе, полученных из одной нефти.

Наличие растворенной воды при высоких температурах воздуха существенно не влияет на эксплуатационные свойства топлива. С понижением температуры растворимость воды в топливах уменьшается. Практически растворенная вода в дизельном топливе не вызывает осложнений в подаче топлива и в работе двигателя.

Дизельное топливо с водой, которая попадает извне, резко ухудшает свои свойства, приводит к нарушениям в работе двигателя, повышению коррозийности топлива, повышению износа двигателя и топливной системы. Вода в топливе может быть причиной остановки двигателя после его пуска,

Возможность прокачивания дизельного топлива по системе питания характеризуется еще таким показателем, как коэффициент фильтрованности – сменой пропускной способности фильтра при последовательном пропускании (фильтрации) через него определенного количества топлива в специальном приспособлении. Это отношение времени фильтрации последних 2 см³ топлива ко времени фильтрации первых 2 см³ и зависит от наличия в топливе смолистых веществ, воды и механических примесей. При повышении коэффициента фильтрованности ухудшается работа топливной аппаратуры.