Автомобильные дизельные топлива (стр. 1 из 5)
Тема № 5/1. Автомобильные дизельные топлива
Вопросы темы:
1. Характеристики дизельных топлив и их маркировка
2. Эксплуатационные требования к качеству дизельного топлива
3. Свойства и показатели дизельного топлива, влияющие на работу двигателя
3.1 Свойства, влияющие на подачу топлива в цилиндры двигателя
3.2 Низкотемпературные свойства дизельного топлива
3.3 Физическая и химическая стабильность топлива
1. Характеристика дизельных топлив. Маркировка
Дизельное топливо – это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения 200…350˚С.
Это прозрачная и более вязкая, чем бензин, жидкость желтого или светло-коричневого цвета (в зависимости от содержания в ней смол). С плотностью 0,8…0,83 кг/м3.
Для автомобильных дизельных двигателей выпускаются топлива на базе керосиновых, газойлевых и соляровых дистилляторов прямой перегонки нефти. Для снижения содержания серы используют гидроочистку и депарафинизацию.
В силу этого ДТ по своему химическому составу представляет сложную смесь: алканов (от 10 до 40%), циклоалканов (20…60%) и ароматических соединений (14…30%) и их производных. С повышением температуры кипения фракции содержание ароматических углеводородов может увеличиваться до 40-47%. Средняя молекулярная масса ДТ находится в пределах от 110 до 230.
Маркировка дизельных топлив – характеризует сезонность или географическую область применения.
Л. – летнее, рекомендуемое для эксплуатации при температуре воздуха от 0˚С и выше.
З. – зимнее, рекомендуемое для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 20 С и выше (при этом температура застывания ДТ не выше минус 35˚С), а также минус 30 С и выше (при этом температура застывания топлива не выше минус 45˚С).
А. – арктическое, рекомендуемое для эксплуатации при температуре воздуха минус 50˚С и выше.
По содержанию серы дизельные топлива подразделяются на два вида:
1. массовая доля серы не более 0,2%
2. массовая доля серы не более 0,5% (а для марки А. не более 0,4%).
В условное обозначение топлива марки:
- Л. Должны входить массовая доля серы и температура вспышки топлива;
- З. должны входить массовая доля серы и температура застывания топлива;
- А. должны входить только массовая доля серы.
Например, Л. – 0,2 – 40 обозначает топливо летнее с массовой долей серы до 0,2% и температурой вспышки 40˚С;
З. – 0,2 – 35 обозначает топливо зимнее, с массовой долей серы до 0,2% и температурой застывания минус 35˚С;
А. – 0,4 – обозначает топливо арктическое, с массовой долей серы 0,4%.
Топлива для умеренной климатической зоны имеют более высокую температуру помутнения и застывания, а топлива для холодных климатических зон – более низкую. рекомендуемое для эксплуатации при температуре воздуха от 0 С и выше. алканов (от 10 до 40%)овых дистилляторов прямой перегон, рекомендуемое для
Топливо арктическое имеет температуру застывания минус 55˚С.
Для экспортных топлив, содержание серы не должно превышать 0,1%, фактических смол 25 мг на 100 см3, а зольность не более 0,008%.
Непредельных углеводородов в дизельных топливах практически нет.
В некоторые сорта дизельных топлив практически добавляют 20% каталитического газойля с содержанием ароматических углеводородов.
Экологически чистые дизельные топлива производят из гидроочищенных газойлевых фракций прямой гонки и вторичных процессов. Они не имеют антиокислительных присадок и содержат в себе общей серы не более 0,05%. Такие топлива без антиокислительных присадок имеют низкую химическую стабильность и непригодны для длительного хранения.
Для улучшения качества дизельных топлив на нефтеперерабатывающих заводах добавляют присадки: изопропилнитрат и циклогексилнитрат с целью повышения цетанового числа.
В прямогонных фракциях, в зависимости от перерабатываемой нефти, содержание серы колеблется в пределах:
- для сернистых нефтей от 0,8 до 1,0%;
- в гидроочищенном компоненте от 0,08 до 0,1%.
Городские дизельные топлива с улучшенными экологическими показателями имеют присадки:
- летом антидымные (ЭФАП-Б) или импортныую Лубризол 8288;
- зимой депрессорную – сополимер этилена с винилацетаном.
В городских топливах экологические свойства, такие как дымность и токсичность отработавших газов меньше на 30…50% по сравнению с топливами без присадок. Они также отвечают европейским требованиям по содержанию серы.
2. Эксплуатационные требования к качеству дизельного топлива
В дизельных двигателях сложные процессы смесеобразования и сгорания топлива происходят в течении очень малого промежутка времени. Угол поворота коленчатого вала за этот период соответствует только 20˚. Поэтому, чем будет быстроходнее двигатель, тем время этого процесса будет меньше.
Если сравнивать бензиновый и дизельный двигатели, то в бензиновом двигателе при равной частоте вращения коленчатого вала на процесс смесеобразования и сгорания рабочей смеси приходится в 10…15 раз больше времени.
Исходя из такого явления, происходящего в цилиндрах дизельного двигателя, к качеству дизельного топлива предъявляются специфические требования, такие как:
· Хорошая прокачиваемость как условие бесперебойной и надежной работы ТНВД;
· Обеспечение тонкого распыла и хорошего смесеобразования;
· «Мягкий» пуск дизельного двигателя;
· Полное сгорание рабочей смеси в цилиндрах и при этом работа двигателя должна быть «мягкая»;
· Предотвращение нагорообразования на клапанах, поршнях и поршневых кольцах;
· Недопущение зависания игл и закоксовывания распылителей фарсунок;
· Отсутствие коррозионного воздействия на детали двигателя, топливоподающую систему, топливопроводы и топливные баки;
· Высокая химическая и физическая стабильность.
Таким образом, надежная и экономичная работа дизельного двигателя обеспечивается при выполнении следующих условий:
· Дизельное топливо для двигателя подобрано правильно;
· Оптимальный угол опережения впрыска установлен верно;
· Во время рабочего хода рабочая смесь сгорает полностью.
Если эти главные условия не будут соблюдаться, то мощность дизельного двигателя будет падать, дымность темного выхлопа увеличиваться, а удельный расход топлива возрастет.
3. Свойства и показатели дизельного топлива, влияющие на работу двигателя
3.1 Свойства и показатели ДТ, влияющие на подачу топлива в цилиндры двигателя
Свойства и показатели ДТ, влияющие на подачу топлива в цилиндры относятся:
· Вязкость топлива;
· Температурные свойства топлива;
· Физическая и химическая стабильность топлива.
Вязкость – это показатель, определяющий прокачиваемость топлива по системе питания. Для ДТ различных марок вязкость бывает от 1,8 до 6,0 мм2/с. сели вязкость будет выше или ниже этих пределов, то работа топливоподающей аппаратуры нарушится, после чего нарушится смесеобразование и сгорание дизельного топлива.
Если вязкость ДТ – низкая, то смесеобразование ухудшается, и становится некачественным из-за неполного использования воздуха.
Если вязкость ДТ – высокая, то смесеобразование также ухудшается из-за медленного испарения крупных капель топлива, которые испаряются медленно и оседают на металле. Процесс горения нарушается. Топливо сгорает не полностью, увеличивается его расход, повышается нагарообразование. КПД – падает.
С ростом температуры индекс вязкости топлива (ИВ) понижается, а при ее уменьшении – возрастает.
Рисунок. Изменение индекса вязкости (ИВ) дизельного топлива в зависимости от температуры.
Лучшими свойствами обладает топливо со средней вязкостью от 2,5 до 4,0 мм2/с при 20˚С. Это топливо сохраняет свои свойства при отрицательной температуре, т.к. текучесть его трубопровода не изменяется.
Однако, чем выше вязкость ДТ будет при 20˚С, тем значительнее его изменение будет при понижении температуры. Поэтому, в зависимости от марки топлив применение его будут определять условия. Так для:
· Летних ДТ вязкость должна быть 3,0…6,0 мм2/с;
· Зимних ДТ – 1,8…5,0 мм2/с;
· Арктических ДТ – 1,5…4,0 мм2/с.
Таким образом, вязкость ДТ в значительной степени предопределяет протекание рабочего процесса в цилиндрах двигателя, а следовательно, его эффективность и экономичность.
Низкотемпературные свойства ДТ.
Эти свойства зависят от:
· Группового состава;
· Фрикционного состава.
Парафиновые (алканы) и ароматические (арены) – это наихудшие группы.
Цикланы – это лучшая группа.
Все углеводороды, входящие в состав ДТ, имеют высокую температуру кристаллизации. Особенно это относится к парафиновым углеводородам. В холодную погоду они видны невооруженным глазом в виде кристалликов. Это все сковывает подвижность ДТ и образуется каркас.
Эту потерю подвижности называют застыванием ДТ. Такое топливо становится непригодным к эксплуатации.
Поэтому начало кристаллизации углеводородов характеризуется температурой помутнения, а потеря подвижности ДТ называется температурой застывания.
При температуре помутнения вязкость уменьшается незначительно. Однако, кристаллы, проникая через фильтры, образуют непроницаемую пленку и подача топлива прекращается.
Чаще всего это проявляется при пуске и проверке двигателя.
Но бесперебойная подача обеспечивается при температуре помутнения топлива тогда, когда еще она будет ниже на 5…10˚С от окружающего воздуха.
Температура застывания наступает тогда, когда ДТ теряет текучесть.
Установлено, что температура помутнения обычно колеблется от -7 до -13˚С, а температура застывания наступает от -12 до -19˚С.
Разница между температурой помутнения и застывания составляет от 50 до 15˚С в зависимости от химического состава топлива.
Есть показатель, который определяет температуру фильтруемости, которую определяют путем прямой фильтрации топлива при заданной температуре.