155

Лекция № 6 Дизельное топливо

План лекции

1. Эксплуатационные требования к качеству дизельных топлив.

2. Свойства топлив.

3. Испаряемость дизельных топлив.

4. Склонность топлива к самовоспламенению. Цетановое число.

5. Коррозионное воздействие топлива на двигатель и топливную аппаратуру.

6. Вязкость дизельных топлив.

7. Влияние характеристик дизельного топлива на образование нагара.

8. Присадки, улучшающие показатели качества дизельного топлива.

9. Ассортимент дизельных топлив.

10. Контроль качества дизельного топлива.

1. Эксплуатационные требования к качеству дизельных топлив

Дизельное топливо– это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения в пределах от 200 до 350С. Дизельное топливо прозрачная, более вязкая, чем бензин, жидкость. Его окраска зависит от содержащихся смол и меняется от желтого до светло – коричневого цвета. Дизельное топливо в воде практически не растворяется и так же, как и бензин, легче нее.

Дизельное топливо по ГОСТ 305-82 получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. В качестве сырья для гидроочистки используется 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 в пределах 0,8-1,0% (для сернистых нефтей), а содержание серы в гидроочищенном компоненте – от 0,08 до 1,0%.

Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники.

В дизелях топливо смешивается с воздухом непосредственно в камере сгорания, и отсутствует принудительное зажигание рабочей смеси. Отсюда специфические требования к качеству дизельного топлива. В цилиндрах дизельного двигателя сжимается не рабочая смесь, а воздух. В воздух, сжатый в цилиндре до 3,0 ... 7,0 МПа и нагретый за счет высокого давления до 500 ... 800 С, под высоким давлением (до 150 МПа) через форсунку впрыскивается топливо. Оно испаряется, нагревается до температуры самовоспламенения, перемешивается с горячим воздухом и сгорает. Сложные процессы смесеобразования и сгорания топлива осуществляются за небольшой промежуток времени, соответствующий 20 ... 25 поворота коленчатого вала.

В карбюраторном двигателе при равной частоте вращения коленчатого вала приходится в 10 ... 15 раз больше времени, чем в дизелях.

Надежная и экономичная работа дизельных двигателей обеспечивается, когда правильно подобрано топливо, установлен оптимальный угол опережения впрыска, и когда смесь полностью сгорает во время рабочего хода. Иначе увеличивается дымность выхлопа, падает мощность, повышается удельный расход топлива.

Дизельные двигателя очень широко распространены в народном хозяйстве, их устанавливают на тракторах, самоходных шасси, комбайнах, дорожных машинах, широко применяют в железнодорожном и водном транспорте, на мощных грузовых автомобилях, используют в различных стационарных и передвижных энергетических установках и т. д. С каждым годом растет мощность дизельного парка, а, следовательно, и потребление дизельных топлив. Основное преимущество дизельных двигателей — меньший удельный расход топлива, чем у карбюраторных: 170—195 г/л. с. ч. против 220—250 г/л. с. ч. Большая экономичность достигается главным образом за счет высоких степеней сжатия — 14—20 (у карбюраторных 6—9).

Во Франции 70% парка автомобилей легковых – дизельные.

На преодоление 5575 км дизельный универсал израсходовал 470,4 л дизтоплива (8,4 л/100 км), которое обошлось в 546,13 евро (ноябрь 2008 г.). Автомобиль с бензиновым двигателем расходуя 9,6 л на 100 км пробега, выпил 537,6 л бензина на 665 евро. Дизельный мотор сэкономил 119 евро.

В тоже время дизели отличаются большей сложность в изготовлении и большими габаритами. По экономичности и надежности работы дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Дизельные двигатели выпускают разной мощности: от нескольких л. с. до десятков тысяч. На тракторах сельскохозяйственного назначения установлены двигатели мощностью 20—100 л. с. Пока в небольших количествах используются мощные высокофорсированные тракторы К-700 (мощность 200 л. с.), Т-140 и Т-180 (мощность 140 и 180 л. с.) и др., но с каждым годом удельный вес мощных тракторов повышается.

В зависимости от средней скорости движения поршня двигатели делятся на быстроходные (частота вращения коленчатого вала больше 1000 об/мин, скорости поршня выше 6,5 м/с) и тихоходные с частотой вращения коленчатого вала в минуту менее 700 и скоростью поршня ниже 6,5 м/с. Современные, а особенно перспективные, дизельные двигатели являются форсированными по частоте вращения и среднему эффективному давлению.

Распыл топлива в дизелях осуществляется сжатым воздухом (компрессорные) и форсункой, работающей под высоким давлением, создаваемым топливным насосом высокого давления ТНВД (бескомпрессорные). Транспортные двигатели только бескомпрессорные, стационарные бывают и те и другие.

Бескомпрессорные дизельные двигатели по смесеобразованию и сгоранию топлива подразделяются на двигатели с непосредственным впрыском, в которых распыл и сгорание происходят в одной камере, и с разделенными камерами сгорания (предкамерные, вихрекамерные и др.), где распыл и основное сгорание топлива осуществляются в разделенных камерах. Более перспективны двигатели с непосредственным впрыском топлива.

Основная масса дизельных двигателей - четырехтактные, в них рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала, но есть и двухтактные, в которых рабочий цикл происходит за два хода поршня или один оборот коленчатого вала. Двухтактные двигатели имеют высокую литровую мощность, но более теплонапряжены, так как у них за единицу времени совершается в два раза больше рабочих ходов. Наиболее распространены четырехтактные быстроходные дизели.

Ассортимент выпускаемых дизельных топлив очень велик: от легких маловязких, предназначенных для сжигания в быстроходных двигателях, до тяжелых вязких продуктов для тихоходных дизелей. По химическому составу дизельные топлива в основном состоят из парафиновых и нафтеновых углеводородов с небольшим количеством ароматических и непредельных соединений. В летних сортах топлив больше парафиновых углеводородов, а в зимних — нафтеновых.

Условия работы быстроходных дизельных двигателей тяжелее, чем тихоходных, у них значительно выше механические и тепловые нагрузки. Высокая экономичность быстроходных двигателей достигается форсировкой и большой теплонапряженностью, что значительно повышает требования к качеству сжигаемого топлива. Быстроходные двигатели, устанавливаемые на автомобилях, тяжелых грузовиках, тракторах и комбайнах, наиболее распространены, поэтому в дальнейшем изложении основное внимание уделяется топливу для них.

Схема работы четырехтактного дизельного двигателя следующая: ход всасывания — поршень движется вниз, цилиндр двигателя заполняется свежим воздухом из окружающей атмосферы; ход сжатия — поршень от НМТ перемещается вверх и сжимает свежий заряд воздуха, в результате сжатия давление повышается до 3,0-5,0 МПа, а температура увеличивается до 600 – 700 °С, в конце хода сжатия за 14-20° до подхода поршня к ВМТ начинается подача топлива, заканчивающаяся 6-10° после ВМТ. Топливо перемешивается с воздухом, испаряется, окисляется, воспламеняется и сгорает, химическая энергия топлива переходит в тепловую, а тепловая — в механическую работу, совершается рабочий ход поршня. Давление в цилиндре двигателя поднимается до максимального значения р = 7,0-8,0 МПа, а температура до 1700-1900 °С. Расширяясь, продукты сгорания топлива давят на поршень, который из ВМТ перемещается вниз (рабочий ход). Последний, четвертый, ход поршня — выхлоп, когда поршень двигается вверх и выталкивает отработавшие газы через выхлопную систему в окружающую атмосферу.

Для обеспечения своевременного и полного сгорания топлива за тот ничтожно короткий промежуток времени, который отводится на процессы смесеобразования и сгорания в быстроходных дизельных двигателях, топливо должно удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям.

1. Обладать хорошей прокачиваемостью, чтобы обеспечивать надежную работу топливного насоса высокого давления, а для этого иметь оптимальную вязкость, хорошие низкотемпературные свойства и не содержать механических примесей и воды.

2. Обеспечивать необходимый распыл, хорошие смесеобразование и испарение; для этого топливо должно иметь оптимальную вязкость и определенный фракционный состав.

3. Обладать необходимой воспламеняемостью, чтобы осуществлялся легкий пуск холодного двигателя, плавное нарастание давления (мягкая работа) и полное бездымное сгорание. Эти свойства топлива зависят от его химического и фракционного состава и вязкости. Химический состав топлива оценивается цетановым числом, которое характеризует воспламеняемость и является основным показателем моторных свойств топлива.

5. Топливо должно иметь возможно более высокую теплоту сгорания.

6. Не должно вызывать повышенного образования нагара и других отложений на клапанах, кольцах, поршнях, вызывать закоксовывание иглы распылителя. Склонность к нагаро- и лакообразованию топлива зависит от его химического и фракционного состава, глубины очистки, вязкости, содержания механических примесей.

6. Не должно содержать коррозийно-активных продуктов, вызывающих коррозию резервуаров, тары, топливопроводов, топливоподающей аппаратуры, деталей двигателя. В топливе должно быть минимальное количество веществ, продукты сгорания которых вызывают коррозию деталей двигателя. Коррозийные свойства топлива зависят от наличия в нем минеральных и органических кислот, сернистых соединений и воды.