4. Експлуативні властивості та використання дизельних палив

4.1. Умови застосування і основні вимоги до дизельних палив

У сільському господарстві дизельні двигуни є джерелом енергії на тракторах, комбайнах, самохідних сільськогоспо­дарських машинах, великовагових автомобілях. Основна перевага дизельних двигунів – їх висока економічність, питома ви­трата палива на 25...30 % нижча ніж у карбюраторних дви­гунів. Дизельне паливо дешевше, менш вибухо- і пожежо-небезпечне у порівнянні з бензином.

Дизельне паливо – це складна суміш парафінових, наф­тенових, ароматичних вуглеводнів і їх похідних з числом атомів вуглецю 10...20, середньої молекулярної маси 200...250, які википають у межах 170...380°С. Прозора, більш в'язка ніж бензин, масляниста рідина від жовтувато­го до світло-коричневого кольору густиною 780...860 кг/м³. Одержують дизельне паливо прямою перегонкою нафти з додаванням до 20 % продуктів каталітичного крекінгу.

Робочий процес дизельного двигуна відрізняється від робочого процесу карбюраторного двигуна тим, що сумішо­утворення відбувається в кінці такту стиску за дуже короткий проміжок часу. Паливо впорскується в камеру згоряння за кілька градусів до ВМТ, де знаходиться стиснене під тис­ком 3,4...4,4 МПа і нагріте за рахунок цього до температу­ри 500...800°С повітря. Контактуючи з повітрям, паливо випаровується, нагрівається до температури самозаймання і перемішуючись з повітрям згоряє. Цей процес продовжує­ться всього 0,002...0,003 с, що в 10...15 разів швидше, ніж у карбюраторному двигуні.

Надійна і економічна робота дизельних двигунів забез­печується за умови правильного підбору палива, установки оптимального кута випередження впорскування і коли су­міш повністю згоряє під час робочого ходу. В іншому ви­падку збільшується димність відпрацьованих газів, змен­шується потужність, зростає питома витрата палива.

Вимоги до дизельного палива аналогічні загальним ви­могам до всіх палив, крім того, вони повинні мати добру прокачувальну здатність, особливо при низьких температу­рах; оптимальний фракційний склад і відповідну в'язкість щоб забезпечувати якісне сумішоутворення і надійно зма­щувати деталі системи живлення; відповідну самозаймистість, яка забезпечить м'яку, бездимну і економічну роботу двигуна на різних режимах.

4.2. Прокачувальна здатність і сумішоутворюючі властивості дизельних палив

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. При порушенні їх роботи зменшується, а іно­ді зовсім припиняється циклова подача палива, падає тиск вприску палива. На характер надходження палива через систему живлення двигуна впливають його в'язкість і низькотемпературні властивості, а також забрудненість механічними домішками і водою.

Якщо паливо має високу в'язкість, його фільтрація затруднена, що може призвести до порушення подачі палива насосом. При малій в'язкості порушується дозування па­лива внаслідок, просочування його між плунжером і гіль­зою насоса високого тиску. Крім того дизельне паливо є мастильним матеріалом для прецизійних деталей системи живлення, тому мінімальна і максимальна в'язкість його регламентується.

Подача палива при низьких температурах може порушу­ватися внаслідок забивання фільтрів кристалами парафіну. Такий стан палива визначається температурою помутніння.

Температура помутніння – це температура, при охолодженні до якої паливо втрачає прозорість внаслідок виділення мікрокристалів парафіну, церезину і льоду. Для надійної подачі палива у двигун, у зимовий період, ця температура повинна бути на 3...5°С нижча тієї, при якій воно використовується.

Температура кристалізації – це температура, при якій в паливі з'являються перші кристалики, які можна побачити неозброєним оком.

Температура застигання – це температура, при якій налите у пробірку паливо, під час охолодження в певних умовах, досягає такого стану, що не змінює поло­ження меніску протягом однієї хвилини при нахиленні про­бірки на 45°, тобто паливо втрачає свою те­кучість. Застигання палива настає при зниженні температури на 5...15 °С після його помутніння. Температура застигання – це важливий показник дизельного палива, визначає можли­вість його використання при даній температурі і входить в умовне позначення зимових дизельних палив. Для надійної роботи системи живлення найнижча температура навко­лишнього середовища повинна бути на 10...15 °С вище тем­ператури застигання.

Гранична температура фільтрівності па­лива – це температура, при якій паливо, після охолодження в певних умовах, здатне ще проходити через фільтр з уста­новленою швидкістю.

Дослідження показують, що гранична температура філь­трівності дизельних палив, як правило, буває нижче темпе­ратури помутніння, але вище температури застигання. Од­нак положення її в цьому інтервалі температур, може бути різним: або ближче до температури помутніння, або – до температури застигання.

У виробничих умовах температуру застигання і помут­ніння понижують, розбавляючи літнє дизельне паливо реак­тивним паливом або бензином, в яких температура початку кристалізації не вище мінус 60°С. При цьому слід пам'я­тати, що при розбавленні дизельних палив низькокиплячими компонентами температури застигання і помутніння су­міші завжди відхиляються у бік високозастигаючого дизель­ного палива, внаслідок чого доводиться використовувати значну кількість розчинника.

Досвід застосування дизельного палива в сільському господарстві показує, що при недотриманні правил їх транс­портування, зберігання, заправки, в паливо потрапляють вода і механічні домішки, які не тільки різко підвищують спрацювання паливної апаратури і двигуна, але можуть ви­кликати і відкази їх роботи. Забруднення дизельного пали­ва значно зростає при роботі тракторів і автомобілів у за­пилених умовах.

При наявності пилу в повітрі 1 ...2,5 г/м³ забрудненість палива в 2...3 рази збільшується ніж у момент заправ­ки. Цьому сприяє і те, що забруднення, в наслідок біль­шої в'язкості дизельного палива, осідають на дно баків і ємкостей значно повільніше ніж а бензині. Тому рекомен­дується перед заправкою дизельне паливо відстоювати протягом 10 днів і застосо­вувати плаваючий паливо-приймач.

Найбільш надійним способом очист­ки дизельного палива є фільтрація, тому паливоподавальна система дизельних дви­гунів включає фільтри грубої і тонкої очистки, призначення яких – максималь­но захистити елементи системи живлення і двигун в цілому від механічних домішок, які за тих чи інших умов потрапили в паливо. З урахуванням важливого значення фільтрації для забезпечення чистоти палива, в стандарти на палива для швидкохідних автотракторних ди­зельних двигунів уведено новий показник якості – коефі­цієнт фільтрівності.

Суть методу визначення цього показ­ника в пропусканні 10 порцій палива, по 2 мл кож­на, через фільтрувальний папір. Коефіцієнт фільтрівності – це відношення часу фільтрації останньої порції палива до часу фільтрації першої. У товарних дизельних палив, як правило, коефіцієнт фільтрівності менше трьох, що відпо­відає вимогам стандарту.

На процес сумішоутворення дизельного палива впли­вають конструктивні особливості двигуна і властивості па­лива.

Сучасні автотракторні двигуни мають нерозділену або розділену камеру згоряння (вихрову камеру). Форма ка­мер згоряння, число форсунок, форма і розмір соплових от­ворів, тиск і напрям впорскування палива – всі ці конст­руктивні фактори вибирають оптимальними, щоб забезпе­чити належне сумішоутворення. Процес сумішоутворен­ня в дизельному двигуні залежить від таких фізико-хімічних властивостей палива:

• в'язкість,

• густина,

• фра­кційний склад,

• тиск насиченої пари,

• поверхневий натяг

• тощо.

Збільшення в'язкості палива веде до збільшення крапель у факелі, що значно погіршує розпилювання і випаровуван­ня палива. Паливо з великою в'язкістю догоряє в кінці так ту розширення, знижуючи економічність і підвищуючії димність відпрацьованих газів.

Паливо з малою в'язкістю також погір­шує процес сумішоутворення. При його розпилюванні ут­ворюються дрібні краплі, швидкість яких у щільному по­вітрі швидко падає, утворюючи укорочений факел. Внаслі­док цього не весь об'єм камери згоряння використовується для приготування однорідної суміші і не все повітря бере участь у сумішоутворенні, що призводить до надлишку па­лива і неповного його згоряння.

З підвищенням гус­тини збільшується довжина факела, знижується економіч­ність і зростає димність відпрацьованих газів.

Важливою характеристикою для розпилювання палива є поверхневий натяг – розмір крапель прямопропорційний величині поверхневого натягу. З обважненням фракційного складу палива, підвищенням його густини поверхневий на­тяг збільшується. Для дизельних палив швидкохідних двигунів поверхневий натяг знаходиться у межах 0,027...0,030 Н/м, для палива тихохідних двигунів – біль­ше 0,030 Н/м.

Палива з підвищеною температурою кінця кипіння на­зивають обважненими (ОФС). Лабораторні дослідження і випробування показують, що можна збільшити ресурси дизельного палива на 3...4 % за рахунок більш глибокого відбору з нафти прямогонних фракцій з температурою ви­кипання на 25...30°С вище температури википання стан­дартного дизельного палива.

Полегшення фракційного складу за рахунок введення бензинових фракцій покращує експлуатаційні властивості обважених палив. Таким чином при значній дпзелізації ав­томобільного парку перспективним буде використання єди­ного дизельного палива з температурою початку кипіння 66...80 °С і температурою перегонки 90 % – 360 °С, яке на­зивають – дизельне паливо широкого фракційного складу (ШФС).