Основные требования к качеству дизельных топлив

1. И с п а р я е м о с т ь.

Испарение в дизелях начинается сразу после его впрыска в камеру сгорания и продолжается до сгорания последних порций топлива. Весь процесс испарения топлива и образование горючей смеси происходит непосредственно в цилиндре двигателя за очень малый промежуток времени в цилиндре двигателя за очень малый промежуток времени а приготовление горючей смеси в дизеле отводится в 1О раз меньше времени, чем в карбюраторном двигателе, и в то же время в дизеле удается использовать более тяжелые топлива с худшей испаряемостью. Это объясняется тем, что в дизелях хорошо распыленное топливо впрыскиваемая в воздух, нагретый за счет сжатия до 5ОО-6ОО ⁰С. Такие условия обеспечивают интенсивный прогрев и испарение капель топлива.

Процессы испарения и смесеобразования в дизеле зависят от таких свойств топлива, как вязкость, плотность, фракционный состав, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение, способность паров топлива диффундировать в окружающую среду, скрытая теплота испарения, теплоемкость.

Увеличение вязкости топлива ведет к укрупнению капель в факеле, ухудшению распыливания и испарения топлива. Топлива с большой вязкостью догорают в ходе такта расширения, снижая экономичность двигателя и повышая дымность отработавших газов.

При использовании топлив с высокой вязкостью крупные капли за счет большой кинетической энергии, приобретаемой при впрыске, увеличивают длину факела, повышая его дальнобойность, При этом частично топливо попадает на стенки камеры сгорания, ухудшая процесс смесеобразования.

С другой стороны, топлива с малой вязкостью также ухудшают процесс смесеобразования. При их распылении образуются мелкие капли, скорость которых в плотном воздухе быстро падает. При укороченном факеле не используется весь объем камеры сгорания для приготовления однородной топливо-воздушнной смеси. И не весь воздух участвует в процессе смесеобразования, от чего возникает избыток топлива, и неполное сгорание в той части камеры сгорания, которая расположена около форсунки.

Плотность дизельных топлив влияет на смесеобразование примерно так же, как и их вязкость. С повышением плотности увеличивается дальнобойность факела, снижается экономичность и растет дымность отработавших газов. Плотность топлива для быстроходных дизелей должна быть в пределах 820 - 860 кг/м³.

Важной характеристикой для распыливания для распыливания топлива является поверхностное натяжение: размер капель прямо пропорционален величине поверхностного натяжения. С утяжелением фракционного состава топлив, с повышением их плотности поверхностное натяжение увеличивается. Так, если для бензинов поверхностное натяжение колеблется в пределах 0,020 - 0,024 Н/м, то для дизельных топлив эта величина лежит в пределах 0,027 - 0,030 Н/м, а для топлив тихоходных дизелей - более 0,030 Н/м.

Поверхностное натяжение зависит от содержания в топливе поверхностно-активных веществ, таких, как смолистые, сернистые и другие соединения. Чем выше содержание таких веществ, тем больше поверхностное натяжение на границе с воздухом. Хорошо очищенные малосернистые топлива имеют минимальные значения поверхностного натяжения и обеспечивают хорошее распылившие и смесеобразование.

Фракционный состав дизельных топлив оценивают так же, как и фракционный состав бензинов: температурами выкипания 50 % (об.) и конца кипения топлива. За конец кипения принимают температуру выкипания 96% (об.) топлива. Однако значения отдельных температур выкипания для оценки эксплуатационных свойств дизельных топлив и бензинов существенно различны. Пусковые свойства дизельных топлив, в какой то мере характеризует лишь температура выкипания 50% (об.) топлива. Применение очень легких топлив при низких температурах воздуха не облегчает, а наоборот, затрудняет пуск двигателя. Дело в том, что на испарение большого количества легких фракций топлива затачивается тепло, вследствие чего снижается температура конца сжатия, и скорость протекания предпламенных реакций уменьшается.

Высокая температура выкипания 90 и 96% (об.) топлива свидетельствует о присутствии тяжелых фракций, которые могут ухудшить смесеобразование и тем самым снизить экономичность дизеля и увеличить дымность отработавших газов.

2. Воспламеняемость

Характеристикой воспламеняемости дизельных топлив служит температура самовоспламенения топлива. Чем ниже значение этого показателя, тем легче и быстрее воспламеняемое топливо, тем мягче работа двигателя.

Температура самовоспламенения как физико-химическая характеристика топлива зависит от его группового химического состава. Из трех основных групп углеводородов, встречающихся в топливах, наиболее высокой температурой самовоспламенения обладают ароматические углеводороды, а самой низкой - алканы (парафиновые). Циклановые углеводороды занимают среднее положение между ароматическими и алкановыми.

Воспламеняемость дизельных топлив определяется на установке ИТ-3 и заключается в сравнении испытуемого образца топлива с эталонными топливами, воспламеняемость которых известна. В качестве эталонных топлив применяют два индивидуальных углеводорода: цетан (н-гексадекан С₁₆Н₃₄) и -метил-нафталин (С₁₁Н₁₀), Цетан имеет малый период задержки самовоспламенения и его воспламеняемость принята за 100 единиц, а -метилнафталин имеет большой период задержки и его воспламеняемость принята за 0. Смеси цетана с -метилнафталином в различных соотношениях обладают разной воспламеняемостью. Цетановое число (Ц.Ч.) определяет скорость химических процессов подготовки смеси к воспламенению и характеризует период задержки самовоспламенения.

Товарные дизельные топлива должны иметь Цетановое число в определенных оптимальных пределах. Применение топлив с цетановым числом менее 40 обычно приводит к жесткой работе двигателя. Повышение цетанового числа выше 50 единиц также нецелесообразно, так как возрастает удельный расход топлива вследствие уменьшения полноты сгорания.

Цетановое число зависит от содержания и строения углеводородов, входящих в состав дизельного топлива. Наибольшие цетановые числа имеют соединения нормального строения. Углеводороды с одной или несколькими боковыми цепями обладают меньшими цетановыми числами.

3. Прокачиваемость

На прокачиваемость топлив влияют вязкость, температуры помутнения и застывания топлив.

В я з к о с т ь. В современных дизелях топливо к форсункам подают и дозируют насосы плунжерного типа. Вязкость топлив должна быть такой, чтобы обеспечить минимальное подтекание топлива через зазоры и смазку прецизионных пар топливного насоса. Поэтому ограничивается минимально- допустимый уровень вязкости дизельных топлив.

Топлива с высоким уровнем вязкости имеют плохие низкотемпературные свойства, и их применение при отрицательных температурах воздуха вызывают осложнения при подаче топлива в двигатель.

Т е м п е р а т у р а п о м у т н е н и я. В отличие от бензинов в составе дизельных топлив может содержаться довольно много углеводородов с высокой температурой плавления. К числу их, в первую очередь, относятся алканы нормального строения. При понижении температуры высокоплавкие углеводороды выпадают из топлива в виде кристаллов, и топливо мутнеет, что вызывает опасность забивки фильтров кристаллами парафинов. Поэтому температура помутнения дизельных топлив должна быть несколько ниже температуры применения.

Те м п е р а т у р а з а с т ы в а н и я . При дальнейшем охлаждении помутневшего топлива выпавшие кристаллы высокоплавких углеводородов сращиваются, образуя пространственную решетку, в ячейках которых остаются жидкие углеводороды. С понижением температуры воздуха топливо теряет подвижность и застывает. Температура застывания дизельного топлива - это величина условная и служит критерием для определения условий применения топлива.

М е х а н и ч е к и е п р и м е с и. Во время транспортирования, хранения и применения в дизельных топливах накапливаются загрязняющие примеси. Размеры таких примесей достигают 50 -60 мк. Наличие механических примесей в топливе приводит к абразивному изнашиванию частей двигателя, снижению давления впрыска топлива и ухудшению качества его распыливания. Присутствие в топливе механических примесей оценивается коэффициентом фильтруемости (К. Ф.), показывающим отношение времени фильтруемости последних двух мл. ко времени фильтрования первых двух мл. топлива. Для товарных топлив К.Ф. не должен превышать трех пунктов.