6. Вязкость дизельных топлив

Как видно из рассмотрения эксплуатационных требований, вязкость дизельных топлив оказывает большое влияние на качество образования и сгорания горючей смеси. Прежде чем рассматривать влияние вязкости на работу двигателя, остановимся на рассмотрении вязкости.

1. Единицы измерения вязкости. Под вязкостью жидкости понимается внутреннее трение между частицами, которое обусловливается силами молекулярного сцепления. Вязкость — понятие, обратное текучести. Вязкость -это сопротивление, которое оказывают частицы жидкости их взаимному перемещению под действием внешней силы.

Различают вязкость абсолютную (динамическую, кинематическую) и условную.

Динамическая вязкость () — коэффициент внутреннего трения.

Единицей измерения динамической вязкости служит Пуаз (П) и сотая часть Пуаза сантиПуаз (сП). Схема взаимного перемещения слоев жидкости показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема взаимного перемещения слоев жидкости

Кинематическая вязкость () - удельный коэффициентвнутреннего трения. Между кинематической и динамической вязкостями существует следующая зависимость:

,

т. е. кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости к плотности жидкости при одинаковых температурах. Поскольку вязкость изменяется с колебанием температуры, обычно при символе, обозначающем вязкость, указывают температуру, при которой она дается . Единицей измерения кинематическойвязкости служит Стокс (Ст) и сотая часть Стокса - (сСт) сантиСтокс (вязкость дистиллированной воды при 20,2 °С равна 1 сСт).

В табл. 1 приведены единицы измерения вязкости и их размерности.

Таблица1

Условная вязкость — величина отвлеченная, безразмерная, она показывает, во сколько раз вязкость нефтепродукта при температуре измерения больше или меньше вязкости дистиллированной воды при 20 °С. Условную вязкость выражают в градусах и обозначают °ВУ_t. В ГОСТах на нефтепродукты условной вязкостью пользуются редко. Условную вязкость определяют по ГОСТ 6258—82.

Чаще употребляется кинематическая вязкость, которая нормируется в дизельных топливах, указывается во многих марках моторных и других масел. Динамическую вязкость определяют при плохой текучести нефтепродукта, когда его приходится продавливать через капилляр под действием внешней силы. Для этого пользуются капиллярными и ротационными вискозиметрами (ГОСТ 1929—51). Обычно этими вискозиметрами пользуются для определения вязкости масел при отрицательных температурах.

7. Влияние характеристик дизельного топлива на образование нагара

Образование нагара на деталях двигателя, омываемых горячими газами, ухудшает его экономические и мощностные показатели.

В реальных условиях существует равновесное состояние, при котором количества образующегося и выгорающего нагара становятся равными, и его рост на поверхности камеры сгорания, на распылителях форсунок и в других местах прекращается.

Основное влияние на равновесное состояние оказывает режим работы двигателя. Чем больше нагрузка двигателя и выше его температурный режим, тем при более тонком слое нагара устанавливается его равновесное состояние. При определенных условиях нагар может почти полностью выгорать и вновь образовываться и т. д. Интенсивность образования нагара зависит от многих факторов, в том числе и от свойств топлива.

Влияние серы на образование нагара связано с более интенсивным процессом окислительной полимеризации углеводородов в присутствии соединений серы, в том числе продуктов ее сгорания.

Присутствие в топливе смол также увеличивает нагар и закоксованность колец. Смолы в топливе являются вредными примесями, и их количество строго ограничивается стандартом. В зависимости от марки дизельного топлива содержание смол не должно превышать 30—50 мг на 100 мл топлива.

Достаточно полно определяет влияние топлива на образование нагара показатель его коксуемости. Содержание коксующихся веществ в топливе относительно невелико, и для повышения точности метода коксуемость определяют в 10 %-ном остатке топлива после отгонки из него более легких фракций. Коксуемость топлив зависит от группового химического состава и наличия в них продуктов окислительной полимеризации, а также от количества углеводородов, обладающих низкой термоокислительной стабильностью.

Коксуемость дизельных топлив должна быть не более 0,3 %, а для некоторых топлив повышенного качества — не более 0,035 %.

Анализы нагара, образовавшегося в камере сгорания дизелей, показали, что в нем кроме органических соединений имеется негорючий компонент — зола, которая вызывает абразивное изнашивание деталей двигателя, так как в ней содержатся частицы высокой твердости.

Для ограничения и контроля негорючих компонентов в стандарты введен показатель зольности, которая в дизельных топливах не должна превышать 0,01 %. Методика определения зольности состоит в выпаривании навески топлива, а затем прокаливании ее в фарфоровом тигле, массу которого предварительно определяют на аналитических весах. В результате все органические компоненты топлива выгорают, и в тигле остается негорючая зола. Масса золы, отнесенная к массе навески топлива и выраженная в процентах, называется зольностью топлива.

Таким образом, чем больше в топливе серы, смол, золы, чем выше его коксуемость, тем сильнее при прочих равных условиях следует опасаться образования нагара в зоне поршневых колец и на распылителях форсунок. Увеличение содержания в топливе ароматических и непредельных углеводородов (алкенов и алкадиенов), а также утяжеление фракционного состава тоже усиливают образование нагара.