3.2. Прокачування палива

Система живлення дизеля у загальному вигляді складається з паливного бака, паливопщкачувального насоса, фільтрів грубої та тонкої очистки, паливного насоса високого тиску (ПНВТ) та форсу­нок. З бака паливо за допомогою паливопщкачувального насоса подається через фільтри до ПНВТ і під високим тиском прокачуєть­ся через форсунки до камери згоряння.

Прокачування папива, робота ПНВТ, зношування прецизійних пар насоса високого тиску, для яких паливо одночасно є мастиль­ним матеріалом, тонкість розпилювання і повнота згоряння палива, його витрати, склад відпрацьованих газів значною мірою залежать від в'язкості палива.

Розрізняють в'язкість динамічну і кінематичну; для високов'яз-ких нафтопродуктів визначають умовну в'язкість. Переведення умов­ної в'язкості в кінематичну див. у додатку 3. Динамічна в'язкість (коефіцієнт динамічної в'язкості) - це відношення діючого дотично­го напруження до коефіцієнта швидкості. Вона є мірою опору ріди­ни течії. Динамічна в'язкість т| (Па • с) обчислюється як добуток кіне­матичної в'язкості у і її густини р при л*й самій температурі.

Кінематична в'язкість - це відношення динамічної в'язкості до густини при тій самій температурі, є мірою 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^е м²/с; допускається застосовувати сан-тистокс (1 сСт = 1 мм²/с).

Визначають кінематичну в'язкість скляними віскозиметрами. Сутність методу визначення кінематичної в'язкості ньютонівських рідин, тобто таких, у яких напруження зрушення пропорційне швид­кості деформації, полягає у вимірюванні часу витікання визначено­го об'єму рідини, що досліджується, під впливом сили тяжіння.

В'язкість дизельних палив не є величиною постійною, вона змі­нюється із зміною температури (табл. 32). Для дизельних палив в'яз­кість визначають при температурі 20 °С. Паливо з дуже великою в'язкістю може спричинити перебої в його подачі внаслідок опору при протіканні по системі живлення. Критичні значення в'язкості, при яких мають місце ускладнення в подачі палива в циліндри, не однакові для різних елементів системи живлення.

В'язкість, густина, поверхневий натяг палива впливають на тонкість розпилювання, повноту згоряння та витрати палива. Чим менше значення цих показників, тим краще розпилювання, тим мен­шого діаметру краплинки утворюються при розпилюванні палива, тим краще випаровування. Апе при цьому зменшується дале­кобійність струменя (якщо паливо подається в циліндри форсун­кою), тому що маленькі краплинки мають малий запас кінетичної енергії. Спостерігається нерівномірність горючої суміші, неповнота згоряння і перевитрати папива за рахунок недовикористаного кис­ню. Із зниженням в'язкості погіршуються мастильні властивості.

З підвищенням в'язкості палива глибина проникнення струме­ня збільшується, тому що утворюються краплі великого діаметру, поліпшується однорідність горючої суміші. Але при цьому погіршуєть­ся випаровування палива, повнота його згоряння. Це провокує пере­витрати палива, втрату потужності, підвищення димності і токсичнос­ті відпрацьованих газів. Оптимальні значення в'язкості дизельних папив, які необхідні для певного двигуна, залежать від конструкцій­них особливостей паливного насоса, камери згоряння, а також се­зонності використання.

Пуск та нормальна робота дизелів при низьких температурах оточуючого повітря залежать від низькотемпературних властиво­стей, які характеризуються температурами помутніння і засти­гання, граничною температурою фільтрованості. Дизельні палива мають різні низькотемпературні властивості запежно від їх хімічно­го складу. Палива, які містять багато нафтенових і ароматичних вуг­леводнів, з охолодженням втрачають свою рухомість при температу­рах -55...-60 °С. Палива, що складаються з вепикої кількості н.пара­фінових вуглеводнів, мають погані низькотемпературні властивості внаслідок кристалізації парафінів навіть при позитивних температу­рах. Кристали парафінів забивають систему живлення двигуна, особ-пиво паливні фільтри, утворюючи на них тоненьку парафінову плівку, і при цьому порушують, а частіше припиняють подачу палива.

Температурою помутніння називають температуру, при якій змінюється фазовий склад палива, тому що поряд із рідкою фазою з'являється тверда. При цьому паливо втрачає свою прозорість внас­лідок виділення мікроскопічних кристалів парафіну і льоду (якщо у паливі є вода). 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, утворюючи на них тонку парафінову ппівку. За рахунок відкладення парафінових кристалів у системі живлення можливе порушення подачі палива під час пуску та 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 значенні якої паливо втрачає рухомість, називається температурою застиган­ня. Між температурою помутніння і застигання є розрив у 8-20 °С залежно від хімічного складу папива. Температура повітря, при якій можлива експлуатація дизельного палива, повинна бути приблизно на 3-5 °С вища від температури помутніння для запобігання пору­шень у подачі палива у двигун. Це стосується палив без присадок-депресаторів. При температурах повітря, нижчих за температуру помутніння палива, що не має у своєму складі депресаторів, мож­ливе його прокачування, якщо папивний фільтр розташований у підкапотному просторі. Можливість прокачування палива по системі живлення при низьких температурах повітря характеризується гра­ничною температурою фільтрованості.

Марка дизельного палива (літнє чи зимове) визначається у відпо­відності до низькотемпературних властивостей: температури засти­гання та граничної температури фільтрованості. В деяких країнах в марці дизельного палива стоїть значення температури застигання, наприклад, у Польщі марки палива 2-20, 2-35, 2-40, де цифри 20, 35, 40 вказують на значення температури застигання не вище мінус 20, 35 та мінус 40 °С; або розподіляються на літні та зимові, наприк-лад, марки Л та 3 в Україні.

Використання літнього палива в зимовий період провокує пере­бої в роботі двигуна, іноді робить подачу палива неможливою. При відсутності методів підігрівання, прогрівання тощо до літнього па­лива з метою покращення низькотемпературних властивостей, як виняток, в умовах експлуатації можлива добавка більш легкого пали­ва. В таблиці 33 наведена зміна низькотемпературних властивос­тей літнього дизельного палива з граничною температурою фільтро­ваності мінус 6 °С при добавці гасу та бензину.

Як видно з таблиці, для одержання суміші палив з граничною температурою фільтрованості мінус 25 °С необхідно додати велику кількість легкого палива - до 80%. Така кількість добавки недопус­тима, бо призводить до погіршення мастильних властивостей (особ­ливо при добавці бензину, який не має мастильних властивостей, а може використовуватись, навпаки, для видалення мастильного ма­теріалу з металевих поверхонь), жорсткої роботи двигуна та дуже швидкого зношування деталей двигуна і паливної апаратури, збільшення витрат палива і оливи, підвищення димності та токсич­ності відпрацьованих газів. Тому додавати бензин до дизельних па­лив не можна.

З метою покращення низькотемпературних властивостей ди­зельного палива в умовах експлуатації можлива добавка низькоза-стигаючого гасу (реактивного палива): при температурах повітря до мінус 15 °С можна додавати до 10% гасу, при нижчих температурах повітря - до 20-25% об. Використання технічного, освітлювального гасу для цієї мети недопустиме, тому що в них погані низькотемпе­ратурні властивості, зокрема, температура помутніння складає мінус 12 - мінус 15 °С. При добавці 25% низькозастигаючого гасу можна досягти депресії (зниження) температури застигання дизельного палива на 8...10 °С. Із зниженням температури застигання дизель­ного палива одночасно полегшується фракційний склад та змен­шується температура спалаху суміші дизельного палива з гасом (табл. 34) порівняно з показниками якості дизельного палива без такої добавки.

Перед тим, як добавляти гас, треба уточнити температуру його помутніння, яка повинна бути не вище мінус 25 °С, інакше добавка

гасу втрачає свій сенс.

При значному розведенні дизельного палива гасом знижується цетанове число, що веде до жорсткої роботи двигуна, погіршуються мастильні властивості палива, у зв'язку з чим підвищується зношу­вання плунжерних пар, збільшуються витрати палива і оливи, підви­щується димність і токсичність відпрацьованих газів. Суміш дизель­ного палива з гасом до використання влітку непридатна.

П окращення низькотемпературних властивостей дизельного палива можна досягти виділенням частини н. парафінових вугле­воднів - депарафінізацією (табл. 35).

вих вуглеводнів із дизельного палива з температурою застигання мінус 19 °С його температура застигання знижується до мінус 47 °С, але при цьому зменшується цетанове число на 8 одиниць (табл. 35). Для збереження цетанового числа на належному значенні прово­дять депарафінізацію відповідної глибини, а для поліпшення низь­котемпературних властивостей до дизельних палив додають спеці­альні присадки - депресатори.

Е фективність депресорних присадок залежить від хімічного складу вихідного палива (табл. 36, де дизельні палива № 1 та № 2 мають різний хімічний склад) та самого депресатора (табл. 37, де № до кінця. Встановлено, що депресатор зменшує розміри кристалів н. парафінових вуглеводнів, що сприяє прокачуванню дизельного палива через фільтри при більш низьких температурах повітря (зни­жується до кінця. Встановлено, що депресатор зменшує розміри кристалів н. парафінових вуглеводнів, що сприяє прокачуванню дизельного палива через фільтри при більш низьких температурах повітря (зни­жується гранична температура фільтрованості). Депресатори дода­ють у палива до початку виділення кристалів н. парафінів, до його помутніння, бо вони не спроможні зменшити розміри вже утворе­них кристалів.

Як депресатори відомі десятки сполук, які мають різну ефектив­ність. Хорошу ефективність мають сполуки полімерного і сополімер-ного типу, зокрема сополімери етилена з вінілацетатом. Поліакрила-ти мають меншу ефективність порівняно з ефективністю поліети-ленвінілацетатами, особливо в покращенні граничних температур фільтрованості.

Ефективність сополімера етилена з вінілацетатом підвищуєть­ся із збільшенням молекулярної ваги, але при цьому погіршується його розчинність в паливах. В дизельних паливах ефективними є сополімери з молекулярною вагою * 1400...2300.

При змішуванні різних партій дизельних палив, що містять депре­сатори (або інші присадки), низкотемпературні властивості суміші можуть погіршуватись порівняно з низькотемпературними власти­востями окремих партій внаслідок використання різних депресаторів в цих партіях палив, їх несумісністю.

Кожний депресатор має найбільшу ефективність дії при визначе­них для нього кількостях (оптимальних). Добавка депресатора біль­ше оптимальної кількості практично не покращує низькотемператур­ні властивості дизельного палива. Найбільш ефективно депресато­ри покращують низькотемпературні властивості в дизельних пали­вах, що містять значну кількість н. парафінових вуглеводнів. В них різниця у зміні показників низькотемпературних властивостей (тем­ператури застигання та граничної температури фільтрованості) знач­но більша порівняно із зміною таких же показників дизельних па-пив, що містять меншу кількість н. парафінових вуглеводнів.

Марку дизельного палива (сезонність його використання) можна визначити експрес-аналізом. Для цього готують охолоджувальну суміш. Однією з простіших є суміш снігу із сіллю (неочищеною, кам'я­ною). Замість снігу можна використовувати дрібно товчений лід. У суху чисту пробірку заливають на 1/4 висоти дизельне паливо, закривають корком (чи ватою) і ставлять вертикально в охолоджу­вальну суміш. Через 20 хв пробірку виймають з охолоджувальної суміші, протирають ззовні 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 відмов системи живлення та паливної апаратури - наявність води і механічних домішок у дизельному па­ливі. Механічні домішки і вода потрапляють у паливо по всьому шля­ху транспортування (від нафтозаводу до двигуна) і можуть станови­ти іноді дуже великі кількості:

Місце відбору проби: Кількість механічних домішок,

% (ггт)

Склад нафтозаводу 0 Резервуари перевалочної

нафтобази 0,006 (60)

Резервуар заправного пункту 0,018 (180)

Паливний бак автомобіля 0,025 (250)

Більшість механічних домішок абразивного характеру (пісок) мають твердість більшу за міцність металів і спричинюють підвище­не зношування двигуна. Особливо небезпечні домішки для палив­них насосів високого тиску і форсунок. Прецизійні пари мають дуже малий зазор (1.5...3 мкм). Тому навіть невелика кількість механіч­них домішок, розмір яких сумісний із зазором плунжерних пар, викли­кає підвищене їх зношування.

Для дизельних палив одним із важливих показників якості є здатність палива забезпечувати чистоту деталей двигуна та пали-воподаючої системи. Закоксування отворів розпилювачів форсунок, нагароутворення, вуглецеві відкладення у камері згоряння, на кла­панах, глушниках порушують розпилювання палива, зменшують його подачу, провокують перегрівання двигуна, зменшення його потужнос­ті та економічності. Механічні домішки в паливі підвищують смоло-утворення, забруднюють паливну систему, збільшують утворення смолистих відкладень на форсунках, у камері згоряння, внаслідок чого збільшуються витрати палива та оливи, димність та токсичність відпрацьованих газів. При використанні забрудненого палива термін служби паливної апаратури скорочується в декілька разів.

Перед заправкою в бак паливо можна відстоювати, але не мен­ше як 10 діб. Метод очистки довгий і малоефективний. Чистота верхніх і нижніх шарів буде неоднаковою. Навіть при відстоюванні протягом 10 діб у нижніх шарах палива залишаються найдрібніші механічні домішки, які є найбільш небезпечними для паливної апа­ратури. Тому обов'язковим є герметизація ємкостей з паливом і фільтрація його при перекачуванні.

Одна з головних причин відмов системи живлення та паливної апаратури - наявність води і механічних домішок у дизельному па­ливі. Механічні домішки і вода потрапляють у паливо по всьому шля­ху транспортування (від нафтозаводу до двигуна) і можуть станови­ти іноді дуже великі кількості:

Місце відбору проби: Кількість механічних домішок,

% (ггт)

Склад нафтозаводу 0 Резервуари перевалочної

нафтобази 0,006 (60)

Резервуар заправного пункту 0,018 (180)

Паливний бак автомобіля 0,025 (250)

Більшість механічних домішок абразивного характеру (пісок) мають твердість більшу за міцність металів і спричинюють підвище­не зношування двигуна. Особливо небезпечні домішки для палив­них насосів високого тиску і форсунок. Прецизійні пари мають дуже малий зазор (1.5...3 мкм). Тому навіть невелика кількість механіч­них домішок, розмір яких сумісний із зазором плунжерних пар, викли­кає підвищене їх зношування.

Для дизельних палив одним із важливих показників якості є здатність палива забезпечувати чистоту деталей двигуна та пали-воподаючої системи. Закоксування отворів розпилювачів форсунок, нагароутворення, вуглецеві відкладення у камері згоряння, на кла­панах, глушниках порушують розпилювання палива, зменшують його подачу, провокують перегрівання двигуна, зменшення його потужнос­ті та економічності. Механічні домішки в паливі підвищують смоло-утворення, забруднюють паливну систему, збільшують утворення смолистих відкладень на форсунках, у камері згоряння, внаслідок чого збільшуються витрати палива та оливи, димність та токсичність відпрацьованих газів. При використанні забрудненого палива термін служби паливної апаратури скорочується в декілька разів.

Перед заправкою в бак паливо можна відстоювати, але не мен­ше як 10 діб. Метод очистки довгий і малоефективний. Чистота верхніх і нижніх шарів буде неоднаковою. Навіть при відстоюванні протягом 10 діб у нижніх шарах палива залишаються найдрібніші механічні домішки, які є найбільш небезпечними для паливної апа­ратури. Тому обов'язковим є герметизація ємкостей з паливом і фільтрація його при перекачуванні.

Вода в дизельному паливі може бути у вільному і розчиненому (гігроскопічному) стані. Кількість розчиненої води в дизельних пали­вах залежить від їх хімічного складу, температури, вологості повітря, але її менше порівняно з кількістю розчиненої води у бензині та гасі, одержаних з одної нафти.

Н аявність розчиненої води при високих температурах повітря суттєво не впливає на експлуатаційні властивості палива. З понижен­ням температури розчинність води у паливах зменшується (табл. 38). Практично розчинена вода в дизельному паливі не викликає уск­ладнень в подачі палива та в роботі двигуна.

Дизельне паливо з водою, що попадає ззовні, різко погіршує свої властивості. Наявність води у паливі призводить до порушень у роботі двигуна, підвищення корозійності палива, збільшення зношу­вання двигуна і паливної системи. Вода у паливі може бути причи­ною зупинки двигуна після його пуску, тому що вода "насичує" па­ливні фільтри і припиняє подачу палива.

При зниженні температури утворюються кристали льоду, які за­тримуються фільтрами, поступово їх забивають і припиняють подачу палива у двигун. Для запобігання відкладень льоду в паливопрово-дах і на фільтрах використовують попередню фільтрацію палива, а також конструкційні і експлуатаційні заходи. До конструкційних нале­жить підігрів в паливних системах (палива чи фільтрів), до експлуа­таційних - впорскування спеціальних рідин на фільтр чи викорис­тання присадок до палив. Із рідин, що подаються на фільтр, може бути ізопропіловий спирт, антиводокристалізуючі присадки до пали­ва - целозольви (метилцелозольв, етилцелозольв), високоатомні спирти. Присадки ТГФ та ТГФ-М (тетрагідрофурфуриловий спирт, другий - модифікований), рідини "І" та "1-М" (етилцелозольв, другий - модифікований) додають до палива в кількості до 0,3%. Присадки розчинні з водою і паливом. При зберіганні та транспортуванні вони можуть виділятися з суміші і знаходитись у паливі внизу у вигляді водяного розчину присадок. Тому краще застосовувати ці присадки (як і інші водопоглинаючі присадки) безпосередньо при експлуатації. При роботі з ними слід бути обережними, тому що ці присадки ­високотоксичні речовини. При постійному їх використанні нижній шар водяного розчину присадок (якщо він утворився) слід зливати з па­ливного баку.

Можливість прокачування дизельного палива по системі живлен­ня характеризується ще таким показником, як коефіцієнт фільтрова-ності - зміною перепускної спроможності фільтра при послідовно­му пропусканні (фільтрації) через нього визначених кількостей пали­ва у спеціальному приладі. Це - відношення часу фільтрації останніх 2 см³ палива до часу фільтрації перших 2 см³ і залежить від наяв­ності в паливі смолистих речовин, води та механічних домішок. При збільшенні коефіцієнта фільтрованості погіршується робота палив­ної апаратури.

Наявність води в дизельному паливі можна визначити експрес-аналізом. Для цього в суху чисту пробірку заливають на 1/2 її висо­ти добре перемішане паливо і кидають 2-3 кристалики перманганату калію. Закривши отвір пробірки пальцем чи корком, добре все пе­ремішують. При наявності води в паливі кристалики перманганату калію утворюють водяні розчини навколо кристалика. Наявність води у паливі можна визначити інакше. Для цього в пробірку заливають на 1/4 її висоти добре перемішане паливо. Нахиляють пробірку на 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, чути потріскування.

Дизельне паливо, що містить у своєму складі воду, використо­вувати не можна. Для подальшого використання з нього необхідно видалити воду. Видалення води з палива здійснюється відстоюван­ням (але цей процес дуже тривалий; чим вища температура, тим менший час відстоювання) або центрифугуванням - сепарацією (при цьому разом із водою видаляються механічні домішки). Воду і ме­ханічні домішки з пальва можна видалити фільтрацією через спеці­альні фільтри, в тому числі через фільтри з капрону і тирси (але не хвойних дерев).

Паливоподаюча система сучасних дизелів обов'язково включає фільтри для очистки палива.