Автомобильные дизельные топлива (стр. 3 из 5)
Температура самовоспламенения зависит от химического состава ДТ, т.е. от содержания и строения углеводородов, входящих в его состав.
Время между началом впрыска и самовоспламенением называют периодом задержки самовоспламенения.
Весь этот период состоит из:
1) Из физической составляющей, т.е. из затраченного времени:
· на распад топливной струи;
· на образование мельчайших капель;
· на их нагрев и испарение;
· на смешивание их паров с кислородом воздуха.
2) Из химической составляющей, т.е. из затраченного времени:
· на завершение предпламенных реакций;
· на формирование очагов самовоспламенения.
Физическая составляющая задержки самовоспламенения зависит от конструктивных особенностей двигателя.
Химическая составляющая зависит от свойств применяемого дизельного топлива.
Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что период задержки самовоспламенения у разных топлив неодинаковый. Некоторые ДТ воспламеняются сразу после впрыска, а другие спустя некоторое время.
В первом случае, когда период задержки самовоспламенения небольшой, то в цилиндр двигателя поступает относительно небольшое количество топлива и сгорание происходит с постоянной скоростью и равномерным давлением образовавшихся газов над поршнем.
Парафиновые углеводороды (алканы) входящие в состав молекул ДТ будут менее устойчивы и поэтому они быстро распадаются и окисляются с образованием продуктов неполного окисления. Двигатель при сгорании такого топлива работает мягко и устойчиво, т.к. давление нарастает плавно.
Но если этот период будет сокращаться, то это приводит к ухудшению процесса смесеобразования, и как следствие, к снижению мощности и экономичности двигателя.
Во втором случае, когда период задержки воспламенения больше первого, то в цилиндр успевает поступить большое количество топлива. И оно из-за создавшегося большого давления и температуры в цилиндре, воспламеняется с момента впрыска, т.е. в таком топливе обычно содержатся парафиновые углеводороды изомерного строения, а также ароматические углеводороды. Сгорание носит взрывной характер. Давление повышается мгновенно, скачкообразно, рывками. Это явление напоминает детонацию в бензиновых двигателях.
Такая работа дизельного двигателя называется жесткой, при которой поршень подвергается повышенному ударному воздействию. Механизмы двигателя изнашиваются, снижается его мощность и экономичность, падает КПД.
Вывод:
Исходя из вышесказанного можно утверждать, что период задержки самовоспламенения определяется характером предпламенных процессов окисления (окисей, альдегидов, кетонов). То есть, чем больше в топливовоздушной смеси накопиться продуктов окисления, тем меньше будет период задержки самовоспламенения.
Следовательно, для воспламенения дизельного топлива от сжатия без постороннего источника зажигания необходимо, чтобы температура от которой ДТ самовоспламеняется была бы ниже температуры, до которой нагревается сжатый в цилиндрах воздух (~ 500…550˚С).
Наиболее высокую температуру самовоспламенения имеют арены (~ 600˚С), а наиболее низкую – алканы (до 500˚С).
Поэтому для нормальной работы дизельного двигателя необходимо применять топлива с оптимальной длительностью периода задержки самовоспламенения.
2.2 Цетановое число дизельного топлива
Склонность дизельного топлива к самовоспламенению характеризуется величиной цетанового числа. В топливе присутствуют два углеводорода: цетан C16H34, α-метилнафталин C16H7CH. Самовоспламеняемость первого углеводорода – цетана – условно принята за 100 ед., а второго – за 0 ед. Смешивая их, можно получить смесь с самовоспламеняемостью от 0 до 100 ед.
Таким образом, цетановое число – это условный показатель самовоспламеняемости дизельного топлива, равный процентному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которая имеет период задержки самовоспламенения, как и испытуемый образец.
Оптимальное цетановое число ДТ находится в интервале 40…50. Если применять топливо с цетановым числом менее 40, то двигатель будет работать жестко.
Если применять топливо с цетановым числом более 50, то это приведет к увеличению удельного расхода топлива и оно будет сгорать не полностью.
Для работы дизельных двигателей в нормальном режиме требуется топливо, у которого цетановые числа будут: летом – не менее 45 (если будет ниже, то будет жесткая работа двигателя); зимой – 50.
Если летом использовать топливо с цетановым числом выше 45, то двигатель будет работать мягко.
Если использовать ДТ с цетановым числом выше 60, то такое топливо будет нерентабельным, т.к. жесткость работы двигателя будет изменяться незначительно, но удельный расход топлива возрастет. Это объясняется тем, что при повышении цетанового числа выше 55, период задержки самовоспламенения будет настолько коротким, что топливо воспламениться вблизи впрыска из форсунки. Оно не успеет перемешаться с воздухом, и часть воздуха, находящегося дальше от места впрыска не будет участвовать в процессе сгорания. В результате топливо сгорит не полностью и экономичность двигателя понизится.
Для того, чтобы ДТ всегда обеспечивало бы необходимую самовоспламеняемость, поэтому возникает необходимость в повышении цетанового числа.
Для этого существуют два метода:
1) изменение химического состава топлива, т.е. одновременное увеличение концентрации нормальных парафинов (алканов) СnН2n+2 и уменьшение ароматических углеводородов (аренов) CnH2n-6;
2) введение специальных кислородсодержащих присадок в дизельное топливо (органических перекисей, сложных эфиров азотной кислоты – этилнитрата, изопропилнитрата, цеклогексилнитрата).
Цетановое число зависит от содержания и строения углеводородов, входящих в состав дизельного топлива.
Цетановые числа самые высокие у парафиновых углеводородов (алканов), а самые низкие имеют ароматические углеводороды.
Все углеводороды, входящие в состав ДТ по высоте цетанового числа располагаются следующим образом:
· 1 место занимают – алканы;
· 2 место занимают – циклоалканы;
· 3 место занимают – изоалканы;
· 4 место занимают – арены.
То есть, чем выше место углеводорода, тем будет выше цетановое число топлива.
Таким образом, повышение содержания Н-алканов приводит к увеличению цетанового числа. Однако, Н-алканы имеют высокую температуру кристаллизации, что приводит к ухудшению низкотемпературных свойств дизельного топлива.
Поэтому надежность пуска холодного дизельного двигателя зависит в большей степени от конструкции двигателя и режима пуска, чем от цетанового числа дизельного топлива.
Если температура в камере сгорания будет ниже 350…400˚С, то горючая смесь уже не будет в состоянии самовоспламениться. Для того, чтобы она смогла самовоспламениться, необходимо, чтобы частота вращения коленчатого вала двигателя была 100…120 мин-1. то есть, чем выше пусковая частота вращения коленала, тем выше будет температура сжимаемого воздуха, от которой условия пуска будут возрастать.
Для ускорения процесса самовоспламенения дизельного топлива в него вводят кислородсодержащие присадки, такие как: органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты, которые способствуют выделению активного кислороды. Они, попадая в камеру сгорания, за счет активного кислорода, ускоряют образование перекисей, от разложения которых ускоряется процесс самовоспламенения.
Например, если в зимнее ДТ добавлять 1% изопропилнитрата, то возрастает цетановое число на 10…20 ед., что улучшает пусковые свойства этого топлива в зимнее время. При этом уменьшается нагарообразование в цилиндрах.
Если добавлять в дизельное топливо бензиновые фракции, то цетановое число снижается.
Существует эмпирическая зависимость цетанового числа ДТ от его октанового числа бензина:
Чем выше октановое число, тем ниже его цетановое число и наоборот.
3. Свойства и показатели дизельного топлива, влияющие на образование отложений и коррозию на деталях двигателя
Топливоподающая система дизельного двигателя должна сохранять чистоту. Поэтому ДТ должно сохранять свои эксплуатационные свойства такими, чтобы в системе не было загрязнений и образования отложений. Если это не соблюдать, то рабочий процесс двигателя будет нарушен, ухудшатся его технико-экономические и экологические показатели и увеличиться износ деталей.
На образование отложений оказывают влияние следующие факторы:
1) фракционный состав топлива;
2) содержание в топливе сернистых соединений;
3) содержание в топливе непредельных и ароматических углеводородов;
4) содержание смолистых соединений и неорганических примесей.
Фракционный состав ДТ, характеризуемый преобладанием легких или тяжелых фракций, всегда ухудшает процесс горения.
Если в ДТ преобладают легкие фракции, то горение в цилиндрах сопровождается стуками, а двигатель работает жестко.
Если в ДТ преобладают тяжелые фракции, то появляется дымление и загрязнение двигателя, увеличивается расход топлива, повышается нагарообразование, закоксовывание форсунки, интенсивно изнашиваются детали, двигатель перегревается, мощность двигателя снижается, а пуск его затрудняется.
3.1 Коррозионные свойства дизельного топлива
Если в ДТ находятся:
· Органические кислоты;
· Водорастворимые кислоты;
· Щелочи;
· Сернистые соединения,
То такое топливо является коррозионным.
Минеральные кислоты обнаруживаю по реакции водной вытяжки, а активные сернистые соединения обнаруживают с помощью пробы на медную пластину.
При работе дизеля на сернистом топливе образуются прочные трудноудаляемые лаковые отложения и нагар, которые увеличивают износ цилиндропоршневой группы. Поэтому по количеству сер в ДТ судят о его коррозионной стойкости.