Основные свойства эксплуатационных материалов для транспортных и тра

стывания. Поэтому при отсутствии зимних сортов топлив улучшения низкотемпературных свойств летних сортов можно добиться добавлением в летние сорта керосина.

Процессы смесеобразования и сгорания топлив в дизеле в значительной мере зависят от конструкции камеры сгорания и характеризуются периодом задержки самовоспламенения.

Период задержки самовоспламенения характеризуется вре-

менем от момента впрыска топлива в цилиндр дизеля до его воспламенения. Этот период очень краток, но он оказывает исключительно большое влияние на последующий процесс сгорания топлива. Задержка самовоспламенения происходит от того, что рабочей смеси, попавшей в камеру сгорания, требуется определенное время на полное испарение и предварительное окисление. Чем меньше задержка самовоспламенения, тем скорее воспламеняется топливо и плавно возрастает давление в цилиндре, а, следовательно, мягче работает двигатель, и наоборот.

Таким образом, жесткость работы дизеля характеризуется темпом (скоростью) повышения давления в зависимости от угла поворота коленчатого вала (ПКВ) и связана с задержкой самовоспламенения. При жесткой работе возникает ударное воздействие на поршень, вызывающее повышенный износ деталей кривошипно-шатунного механизма, снижается экономичность работы двигателя и появляются другие вредные последствия. Период задержки самовоспламенения, темп повышения давления при сгорании и, как следствие, возможность появления жесткой работы дизеля зависят от степени сжатия (рис. 2.5), опережения впрыска (рис. 2.6) и других факторов, в том числе от испаряемости и самовоспламенения дизельного топлива.

Цетановое число характеризует склонность топлива к самовоспламенению. При определении цетанового числа топлива, как и октанового числа бензина, пользуются сравнением испытываемого дизельного топлива с эталонным. Эталонное топливо состоит из чистых углеводородов: цетана (С16Н34) и альфаметилнафталина (С10Н7СН3). Цетан – это чистый углеводород парафинового ряда, обладающий очень высокой способностью к

31

самовоспламенению, которая условно принята за 100 единиц. Альфаметилнафталин – тоже чистый углеводород, но ароматического ряда, обладающий очень низкой склонностью к самовоспламенению, которая условно принята за нуль.

Рис. 2.5. Зависимость периода задержки самовоспламенения (1) и скорости нарастания давления (2) в дизеле по углу поворота коленчатого вала от степени сжатия

Рис. 2.6. Зависимость периода задержки самовоспламенения Та и скорости нарастания давления в дизеле от угла опережения впрыска топлива α

32

При смешивании цетана с альфаметилнафталином в различных соотношениях получают ряд эталонных топлив, обладающих различной склонностью к самовоспламенению. Чем больше цетана в смеси, тем выше его склонность к самовоспламенению.

Цетановое число топлива определяется процентным составом цетана в эталонном топливе, имеющем одинаковую самовоспламеняемость с испытуемым топливом.

С повышением цетанового числа топлива сгорание протекает более плавно, двигатель легче запускается, работает экономичнее (рис. 2.7) и не так жестко, как на низкоцетановом топливе. Однако при увеличении цетанового числа выше 65 работа двигателя ухудшается, топливо начинает сгорать не полностью, и, как следствие, усиливается нагарообразование, повышается удельный расход топлива. Поэтому для современных дизельных двигателей применяют топлива с цетановым числом не выше 60.

Рис. 2.7. Зависимость параметров дизеля от цетанового числа (ЦЧ топлива)

Дизельные топлива, удовлетворяющие по испаряемости и вязкости нормам на зимние сорта, имеют, как правило, низкое (около 40) цетановое число. В связи с этим возникает необходимость увеличить цетановое число за счет введения специальных присадок.

33

Введение в топливо всего 1 % присадок позволяет повысить цетановое число на 8–12 ед.

Количественная зависимость между фракционным составом и эксплуатационными свойствами для дизельных топлив еще не установлена, хотя уже в ряде случаев подмечены определенные закономерности. Так, например, применение дизельного топлива с более тяжелым фракционным составом может привести к увеличению расхода топлива и ухудшению пуска двигателя (рис. 2.8), повышению нагарообразования, закоксованию колец, а также повышенному изнашиванию деталей двигателя. Применение топлива с более легкими фракциями, чем это предусмотрено инструкцией по эксплуатации, оказывается не менее вредным, чем утяжеление фракционного состава. Это объясняется тем, что с облегчением фракционного состава топлива, изготовленного из одного и того же сырья, снижается цетановое число, уменьшается вязкость, увеличивается жесткость работы двигателя, ухудшаются пусковые качества и увеличивается изнашивание топливоподающей аппаратуры и цилиндропоршневой группы.

Рис. 2.8. Зависимость продолжительности пуска дизеля Tп и удельного расхода топлива g от наличия тяжелых фракций q (количества топлива, %, перегоняемого при t = 300 °С)

Количество фактических смол в зимних сортах топлива не должно превышать 30, а в летних – 40 мг на 100 см3 топлива.

34

Йодное число характеризует наличие в топливе олефинов. Чем оно больше, тем больше олефинов содержится в топливе и тем хуже топливо по качеству, так как олефины в процессе хранения и транспортирования окисляются с выделением смол, которые по пути от бака до цилиндра двигателя нарушают нормальную работу системы питания, осаждаясь в трубопроводах, фильтрах и форсунках, а попадая в камеру сгорания, усиливают нагарообразование.

Наличие серы в дизельном топливе в 4–10 раз больше, чем в бензинах, что вызывает более интенсивное изнашивание цилиндропоршневой группы.

2.6. Основные показатели и характеристика применяемых дизельных топлив

Дизельное топливо используется для высокооборотистых дизельных и газотурбинных двигателей машин различной целевой направленности. Способы смесеобразования и воспламенения топлива в дизелях и бензиновых двигателях различны. Основной плюс дизельных двигателей заключается в возможности создания высоких степеней сжатия (до 18 единиц), что обуславливает пониженный по сравнению с бензиновыми двигателями удельный расход топлива на 25–30 %. Основным недостатком дизельного ДВС является высокая сложность изготовления и обслуживания узлов и агрегатов двигателя (топливная аппаратура), а также превосходящие габариты. Показатели экономичности и надежности работы у дизельных двигателей также выше.

Основные эксплуатационные характеристики дизельного топлива:

–температура вспышки определяет условия безопасного использования топлива в двигателе;

–наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов влияет на нагарообразование, коррозионную и износостойкость деталей;

–фракционный состав характеризует полноту сгорания, дымность и токсичность выхлопных газов;

35

–низкотемпературные свойства определяют способность системы питания работать при отрицательных температурах воздуха и условия хранения топлива;

–цетановое число определяет высокую мощность и показатель экономичности двигателя;

–плотность и вязкость обеспечивают нормальную подачу топлива, распыливание в камере сгорания и функционирование фильтрующих элементов;

–степень чистоты характеризует надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки и цилиндропоршневой группы двигателя.

2.7.Ассортимент, качество

исостав дизельных топлив

Нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается дизельное топливо по ГОСТ 305–82 трех марок (табл. 2.5):

–Л, летнее, температура использования выше 0 °С;

–З, зимнее, допустимая температура использования до –20 °С (в этом случае температура застывания зимнего дизельного топлива должна быть < –35 °С , а температура помутнения < –25 °С), или зимнее, применяемое при температурах до –30 °С, тогда температура застывания должна быть < –45 °С, а температура помутне-

ния <–35 °С);

–А, арктическое, температура применения до –50 °С. Концентрация серы в дизельном топливе не превышает

0,2 % – для марки Л, 0,5 % – для марки З, для марки А – 0,4 %. Возникают ситуации, когда спрос на дизельное топливо, ко-

торое будет использоваться в летний период (период активного дорожного строительства, например), превышает предложение производителя по марочному топливу. Тогда по согласованию с потребителем допускается производство и применение топлива с температурой застывания 0 °С без нормирования температуры помутнения.

ГОСТ 305-82 устанавливает следующие условные обозначения дизельного топлива: летнее топливо с учетом концентра-

36

ции серы и температуры вспышки (Л-0,2-40), зимнее – с учетом концентрации серы и температуры застывания (З-0,2-минус 35).

Арктическое топливо обозначается только с указанием концентрации серы: А-0,2.

Дизельное топливо (ГОСТ 305–82) получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. В качестве сырья для гидроочистки нередко используют смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от перерабатываемой нефти колеблется

впределах 0,8–1,0 % (для сернистых нефтей), а содержание серы

вгидроочищенномкомпоненте– от0,08 до 0,1 %.

Таблица 2 . 5 Характеристики дизельного топлива (ГОСТ 305-82)

Примечание. Для топлив марок Л, З, А сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи, механические примеси и вода должны отсутствовать; испытание на медной пластинке выдерживают.

Согласно ГОСТ Р 52368–2005 дизельное топливо классифицируется по двум параметрам:

1.Предельное содержание серы, отраженное в показателе «ВИД» топлива, а именно: вид I – содержание серы не более 350 ррМ (мг/кг); вид II – содержание серы не более 50 ррМ (мг/кг); вид III – содержание серы менее 10 ррМ (мг/кг).

2.Температура применения (климатическая зона, в которой дизельное топливо может применяться).

Для умеренной климатической зоны дизельное топливо разделяют по шести сортам: A, B, C, D, E, F.

Для районов с холодным климатом дизельное топливо условно разделяют на пять классов: 0, 1, 2, 3, 4.

Термин «температура фильтруемости» также впервые введен новым ГОСТ Р 52368–2005 и обозначает ту температуру, ниже которой дизельное топливо не проходит с необходимой скоростью (расходом) через стандартный эталонный фильтр.

Важно запомнить: «СОРТ» или «КЛАСС» – это параметр температурной характеристики, а «ВИД» – это параметр содержания серы в дизельном топливе.

Хотя нефтеперерабатывающие заводы имеют совершенно различный технологический уровень производства топлив, все топливо, производимое в России по ГОСТам, должно соответствовать требованиям Технического регламента «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», утвержденного постановлением Правительства РФ от 27.02.08 г. № 118. Требования приведены в табл. 2.6.

Таблица 2 . 6 Требования технического регламента

Окончание табл. 2 . 6

ТУ 38.401-58-110-94 (табл. 2.7) регламентирует производство дизельного экспортного топлива для поставок за рубеж. Требование низкого содержания серы (0,2 %) реализуется в том, что дизельное экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракций. Его качество оценивается по требованию заказчиков определением не цетанового числа, как принято в ГОСТ 305–82, а дизельного индекса. Также вместо установления коэффициента фильтруемости и концентрации воды определяют прозрачность топлива экспресс-методом при температуре 10 °С (см. табл. 2.7).

ТУ 38.101889-81 регламентирует производство зимнего дизельного топлива ДЗп (табл. 2.8). Основой его служит летнее дизельное топливо с tп = –5 °С. Снижение предельной температуры фильтруемости до –15 °С, температуры застывания до –30 °С обеспечивается добавкой сотых долей присадки, что гарантирует использование летнего дизельного топлива зимой при температуре до –15 °С. Для районов с холодным климатом производят дизельное топливо, регламентированное ТУ 38.401-58-36-92. Такое

40