§ 3. Топливо для автотракторных дизелей

Автотракторные дизели работают на дизельном топливе, показа- тели которого должны отвечать определенным требованиям, вытека- ющим из особенностей рабочего цикла и конструкции этих двигателей. Качество дизельного топлива должно быть таким, чтобы обеспечить бесперебойную подачу топлива на всех эксплуатационных режимах, хорошее смесеобразование и легкий запуск, быстрое воспламенение и плавное сгорание рабочей смеси, минимальное образование нагара и отложений в дизеле и наименьшую коррозию деталей дизеля.

Вязкость (внутреннее трение)—один из основных показателей качества дизельного топлива — это свойство жидкости оказывать со- противление при перемещении одного ее слоя относительно другого, происходящего под действием внешних сил. Она зависит от силы сцепления между молекулами и измеряется в единицах динамической, кинематической и условной вязкости. В стандартах на дизельное топ- ливо приводится кинематическая вязкость в сантистоксах (сСт)¹. Вяз- кость зависит от температуры жидкости, поэтому всегда указывают, при какой температуре она была измерена. Вязкость в большой степени определяет качество распыливания топлива и смесеобразования. При понижении вязкости тонкость распыливания топлива и смесеобразова- ние улучшаются, но несколько ухудшаются условия смазки деталей топливного насоса. Однако малая вязкость вызывает чрезмерное рас- пыливание топлива, в результате чего резко уменьшается дальнобой- ность капель топлива и в отдаленные от форсунки части камеры сго- рания топливо не попадает. Это нарушает однородность горючей смеси и ухудшает ее сгорание. При повышении вязкости тонкость распыли- вания топлива и процесс смесеобразования ухудшаются, поэтому топливо полностью не сгорает, при этом наблюдается дымный выпуск отработавших газов. Кинематическая вязкость дизельного топлива при 20° С должна быть в пределах 1,8—6,0 сСт.

Фракционный состав дизельного топлива. Повы- шенное содержание тяжелых фракций в дизельном топливе приводит к тому, что топливо не успевает испариться и образовать однородную смесь. В этом случае сгорание топлива будет неполным. Однако и чрезмерно облегченное по фракционному составу топливо тоже при- менять нельзя, так как оно обладает малой вязкостью.

Температурой помутнения называется температура, при которой дизельное топливо мутнеет вследствие выделения кристаллов твердых углеводородов (парафинов) или льда из растворенной воды. Эти кристаллы, засоряя топливные фильтры, затрудняют подачу топ- лива в дизель. Для нормальной работы дизеля нужно, чтобы темпера- тура помутнения дизельного топлива была на 3—5° С ниже минималь- ной температуры окружающего воздуха.

Температурой застывания называется температура, при которой топливо теряет подвижность. Эта температура должна быть

на 10° С ниже минимальной температуры окружающего воздуха. При температуре застывания уровень топлива в пробирке, наклоненной под углом 45°, должен оставаться неподвижным в течение 1 мин.

Температурой самовоспламенения топлива называ- ется наименьшая температура, при которой топливо воспламеняется без постороннего источника пламени.

Самовоспламенение топлива, впрыскиваемого в камеру сгора- ния, происходит не сразу, а по истечении определенного периода, ко- торый называют периодом задержки самовоспламенения. В этот пери- од топливо, соприкасаясь с нагретым от сжатия воздухом, подогрева- ется и, испаряясь, смешивается с ним. Одновременно окисляются углеводороды топлива и образуются их нестойкие соединения с кисло- родом воздуха (перекиси).

В период задержки самовоспламенения топливный насос продол- жает подачу топлива в камеру сгорания. Чем продолжительнее этот период, тем больше топлива накапливается в цилиндре к моменту са- мовоспламенения. Это вызывает при самовоспламенении топлива рез- кое нарастание давления в цилиндре (жесткая работа дизеля), которое сопровождается глухими стуками и нередко приводит к преждевремен- ному износу подшипников и шеек коленчатого вала.

Жесткая работа дизеля по внешним признакам напоминает дето- национное сгорание в карбюраторном двигателе, однако причины этих явлений противоположны. Все факторы, способствующие быстрому окислению углеводородов с образованием перекисей, уменьшают пе- риод задержки самовоспламенения и, следовательно, снижают жест- кость работы дизеля. У карбюраторных двигателей способность топли- ва к образованию перекисей приводит к детонационному сгоранию.

Длительность периода задержки самовоспламенения зависит от свойств топлива и качества подготовки смеси.

Самовоспламеняемость топлива оценивается цетано- вым числом, которое определяют на одноцилиндровом двигателе так же, как и октановое число, сопоставляя самовоспламеняемость испы- туемого и эталонных топлив. В качестве эталонных топлив приняты углеводороды: цетан и альфа-метилнафталин. Первый имеет хорошую самовоспламеняемость (она условно принята за 100 единиц), второй— плохую (она условно принята за 0 единиц).

Цетановым числом дизельного топлива называется процентное (по объему) содержание цетана в такой смеси с альфа-метилнафталином, которая по самовоспламеняемости равноценна испытуемому топливу. Применение топлива с низким цетановым числом приводит к жесткой работе дизеля. По существующим стандартам цетановое число дизель- ного топлива должно быть не менее 45 единиц для дизелей, коленча- тые валы которых имеют частоту вращения 1000—2200 об/мин.

Склонность топлива к образованию отложений и нагара. При содержании в дизельном топливе значительного количества асфальто-смолистых соединений, тяжелых фракций и механических примесей в цилиндрах на клапанах, форсунках и порш- невых кольцах образуются лакообразные отложения и нагар. Они вызывают перегрев дизеля, пригорание (закоксовывание) поршневых колец, засорение распыливающих отверстий форсунок и т. д. В ре- зультате этого падает мощность и снижается экономичность дизеля.

О склонности топлива к нагарообразованию можно ориентировоч- но судить по его коксовому числу, которое определяется по коксуемо- сти 10% остатка топлива после его разгонки. Коксовое число выража- ется в процентах и показывает количество углистых остатков, образо- вавшихся в результате испарения и разложения этой части топлива при его прокаливании без доступа воздуха. Чем меньше коксовое чис- ло, тем выше качество топлива.

Коррозионное действие дизельного топлива обус- ловливается теми же причинами, что и у топлива для карбюраторных двигателей. Наибольшее коррозионное действие оказывают сернистые соединения. Нефтяная промышленность выпускает топливо с содержа- нием серы не более 0,5%. Для уменьшения коррозионного износа де- талей применяют коррозионно-устойчивые материалы (хромокремни- стый чугун и др.), вводят в дизельные масла специальные антикорро- зионные присадки, а также хромируют поверхности некоторых деталей (например, поверхности поршневых колец).

Механические примеси и вода в дизельном топливе абсолютно недопустимы. Детали топливных насосов и форсунок изго- товляются с большой точностью, зазоры между некоторыми из них колеблются в пределах 0,001—0,003 мм, поэтому наличие механиче- ских примесей даже в очень малых количествах приводит к быстрому износу деталей топливного насоса и форсунок. Механические примеси могут попасть в дизельное топливо, если не соблюдаются правила его перевозки, хранения и заправки. Присутствие воды в топливе влечет за собой коррозию металлов, к тому же при пониженных температурах вода превращается в мельчайшие кристаллы льда, которые нарушают, а иногда прекращают подачу топлива.

Для удаления механических примесей и воды нужно в течение длительного периода (не менее 48 ч) отстаивать топливо в резервуа- рах, тщательно фильтровать его при заправке и периодически сливать отстой из топливных баков.

Зольность дизельного топлива должна быть не более 0,01%, так как зола способствует усиленному нагарообразованию и вызывает повышенный износ деталей дизеля.

Марки дизельных топлив. Выпускаются следующие марки дизельных топлив: ДА, ДЗ, ДЛ (ГОСТ 4749—73); А, ЗС, 3 и Л (ГОСТ 305—73). Топливо ДА и А (арктическое) используют при температурах окружающего воздуха минус 50° С и выше; ДЗ и ЗС (зимнее северное) — минус 30° С и выше; 3 (зимнее)—минус 20° С и выше; ДЛ и Л (лет- нее) — 0°С и выше.

Дизельное топливо по ГОСТ 4749—73 вырабатывается из мало- сернистых нефтей и содержит серы не более 0,2%. Топливо по ГОСТ 305—73 в зависимости от содержания серы делится на две группы: с содержанием серы не более 0,2% и от 0,2 до 0,5%. При маркировке топлива добавляется цифра, указывающая процент содержания серы. Например, марка Л-0,2 означает, что топливо летнее, с содержанием серы 0,2%.