Тема 3 . Паливо для дизельних двигунів внутрішнього згоряння

1. Коротка історична довідка.

2. Специфіка робочого процесу дизельного двигуна.

3. Вимоги до дизельного палива.

4. Властивості дизельного палива. Фракційний склад

5 Процес горіння в дизельному двигуні. Цетанове число.

6. Асортимент дизельних палив та їх умовне позначення.

7. Стабільність, схильність до утворення відкладень, та корозійність

1. Коротка історична довідка

У 1891 році у німецького винахідника Рудольфа Дизеля з'явилася ідея застосувати в двигуні внутрішнього згорання стисле повітря. Такий двигун став економічнішим, міг працювати на дешевому паливі, крім того, вдалося значно підвищити його ККД. Перші офіційні випробування нового двигуна викликали справжню сенсацію серед інженерів. З того часу почався переможний хід "дизелів" по всьому світу. .

2. Специфіка робочого процесу дизельного дизельного двигуна.

Специфічною особливістю дизеля є те, що сумішоутворення в нім відбувається безпосередньо в камері згорання, а робоча суміш, що утворилася, займається за рахунок енергії адіабатично стислого повітря.

Процес сумішоутворення включає:

• розпилювання порції палива, що подається в циліндр;

• розподіл крапельок палива в камері згорання;

• нагрів палива до температури випару;

• випар і дифузію пари палива;

• нагрів пари до температури самозаймання.

3 Вимоги до дизельного палива.

Дизельні палива представляють собою прозору горючу рідину від світло-жовтого до світло-коричневого кольору. Це – це нафтові (гасово-газойлеві) фракції, основу яких складають вуглеводневі сполуки з температурою кипіння 200…350º С.

Вимоги до дизельних палив:

- задовільна в'язкість в широкому діапазоні температур, що забезпечує безперебійну подачу палива в камеру згорання;

- оптимальна займистість і випаровуваність, необхідні для легкого пуску і плавної роботи двигуна на різних експлуатаційних режимах;

- відсутність відкладень в системі живлення і в камері згорання при роботі двигуна і зберіганні техніки;

- стійкість до окислення в умовах зберігання і транспортування;

- нейтральність до конструкційних матеріалів двигуна і засобів зберігання, заправки і транспортування; низька токсичність і висока широка сировинна база; технологічність виробництва; дешевизна.

4. Властивості дизельного палива. Фракційний склад

Надійність подачі дизельного палива залежить від прокачувальної здатності (здатності проходити через елементи системи живлення, головним чином, через фільтри грубої і тонкої очистки). Фільтри грубої очистки затримують механічні домішки розміром більше 50-60 мкм, тонкої — більше 2-5 мкм. Втрата текучості визначається температурою помутніння. Це температура, при охолодженні до якої паливо втрачає прозорість внаслідок виділення мікрокристалів парафіну, церезину і льоду. . Низькотемпературні властивості палива характеризує і температура застигання, при якій те втрачає свою текучість.

Механічних домішок і води в дизельному паливі не повинно бути.

Дизельне паливо повинно мати цілком певний фракційний склад. Використання палива як важкого, так і легкого фракційного складу призводить до порушення роботи двигуна. У першому випадку, внаслідок його незадовільного випаровування відбувається несвоєчасне самозаймання і неповне згоряння. У другому випадку утруднюється пуск двигуна, збільшується жорсткість його роботи. Стандартом передбачається визначати температури перегонки 50 % і 96 % палива: температура 50% впливає на його пускові властивості, 96% є температурою кінця перегонки і свідчить про наявність важких фракцій, що погіршують якість сумішоутворення. З фракційним складом палива тісно пов'язана температура спалаху, при якій пари нафтопродукту з повітрям утворюють горючу суміш, що спалахує при піднесенні вогню (35-40°С).

5 Процес горіння в дизельному двигуні. Цетанове число.

Своєчасне займання та згоряння палива обумовлюють економічність та надійність роботи дизельного двигуна.

Процес згоряння палива в дизельному двигуні можна розділити на 4 фази:

1) період затримки займання;

2) період швидкого горіння;

3) період уповільненого горіння;

4) період догоряння.

Період затримки займання — проміжок часу від початку впорскування до моменту займання палива. Паливо, що впорскується в циліндр до приходу поршня у ВМТ (з випередженням), займається не миттєво, а з деяким запізненням. У цей період відбувається процес сумішоутворення та нагрівання палива. Одночасно з фізичною підготовкою його відбуваються реакції передполуменевого окислення. Показник, що характеризує самозаймистість дизельного палива, називається цетановим числом, яке визначається методом порівняння займистості палива з займистістю суміші двох вуглеводнів. Ця суміш складається з цетану — період затримки самозаймання якого малий і цетанове число (ЦЧ) його приймають за 100; та альфаметилнафталіну, період затримки самозаймання якого великий, при цетановому числі 0.

Цетанове число дорівнює процентному вмісту (за об'ємом) цетану в такій суміші з альфаметилнафталіном, що рівноцінна даному паливу за самозаймистістю при випробовуванні в стандартних умовах.

За рубежем для характеристики самозаймання дизельного палива, поряд з цетановим числом, використовують показник – дизельний індекс (ДІ). Між дизельним індесом і цетановим числом палива існує така залежність;

Дизельний індекс 20 30 40 50 62 70 80.

Цетанове число 30 35 40 45 55 60 80.

Оптимальне значення цетанового числа – 40-50. Використання палива з цетановим числом менше 40 призводить до жорсткої роботи двигуна, а більше 50 – до збільшення питомої витрати палива за рахунок зменшення повноти згоряння. Влітку можна успішно застосовувати паливо з цетановим числом 40, а взимку, для забезпечення пуску холодного двигуна, цетанове число повинно бути більше 45.

6. Асортимент дизельних палив та їх умовне позначення.

Згідно з ДСТУ 3868-99, який затверджено і впроваджено наказом Держстандарту України від 8 квітня 1999 року №179, чинним від 01.09.1999 року, для швидкохідних дизелів автомобільної техніки виготовляються такі марки дизельного палива :

Л – літнє, рекомендується до використання при температурі повітря не нижче мінус 5°С. За згодою із споживачем, допус­кається виробляти дизельне паливо з температурою застигання не вище 0°С, за мінімальної температури повітря на місці застосування не нижче 5°С;

Приклад: Паливо дизельне Л-0,10-40 за ДСТУ 3868-99;

В той же час стислий природний газ має і ряд недоліків, стримуючих його широке застосування:

- зберігати СПГ доводиться в стислому виді, оскільки в зріджений стан він переходить важко - при температурі мінус 82 °З і тиску не нижче 4,5 МПа;

- велика маса балонів значно знижує вантажопідйомність автомобіля;

- невеликий запас ходу;

- складність заправного устаткування газонаповнювальних станцій.

Природні родовища містять 82-98% метану, до 6% етану і 4-20% пропану.

6. Останніми роками у ряді країн поновився інтерес до газогенераторних автомобілів, що дозволяє перевести генераторний газ з розряду альтернативних палив в звичайне газоподібне паливо. У цих автомобілях двигун працює на продуктах газифікації твердого палива, що отримуються в спеціальному пристрої ( газогенераторі).

Генераторний газ отримують при переробці твердого палива - деревних чурок і відходів, деревного і кам'яного вугілля, торф'яних і солом'яних брикетів, коксу і т. д. Газ утворюється в результаті термохімічної взаємодії кисню з вуглецем твердого палива в процесі газифікації. Для цього процесу дуже важливі такі показники твердого палива, як бітумінозна зольність, реакційна здатність, вологість, механічна міцність, об'ємна маса, спікливість і т. д.

Контрольні запитання:

1. Коли були зроблені перші спроби використання газового пального?

2. Які види газів використовують як пальне для автомобілів?

3. Які особливості роботи автомобіля на зріджених нафтових газах?

4. Які особливості роботи автомобіля на стиснутих природних газах?

5. Які переваги і недоліки газового пального над рідкими паливами?

6. Які переваги і недоліки стиснутого природного газу над зрідженим нафтовим газом?

7. Як використовують газове пальне за рубежем?

8. Що таке генераторний газі як його можна використовувати в якості пального для автомобілів?

9. Дайте характеристику альтернативним видам палива.