Дизельное топливо

Присутствие в топливе гигроскопической влаги не сказывается на температуре  фильтруемости, которая повышается на 1…15%, при условии, если в ДТ есть эмульсионная вода в количестве до 0,1% от массы.

 

3.2 Низкотемпературные свойства  ДТ улучшаются двумя способами:

 

Удаление из состава топлива  высокоплавких парафинов нормального  строения;

Добавление в топливо депрессорных присадок (маркировки по ТУ38.101.889-87-ДЗп). Это приводит к снижению температуры  застывания с -10˚С до -35˚С, а снижение температуры фильтрации.

Например. Присадка «Аспект-Д» вводится в летнее и зимнее ДТ из расчета 2г  на 1кг топлива. Она обеспечивает бесперебойную  работу двигателя до температуры -20˚С. Это сокращает время пуска  зимой.

Некоторые присадки снижают только температуру застывания и не влияют на температуру фильтруемости. Поэтому в баке появляется два слоя:

верхний (прозрачный) слой с пониженным цетановым числом;

нижний (мутный) слой, в котором  много мелких кристаллов парафина.

При отсутствии зимнего и арктического дизельного топлива допускается разбавление летнего и зимнего топлива керосином. Но при этом разбавленное керосином ДТ теряет часть своих смазывающих свойств, что приводит к изнашиванию деталей топливной аппаратуры.

И еще, смесь дизельного топлива  с керосином более пожароопасна.

Если добавлять в ДТ присадки специальные – антигели, то температура  застывания снижается до -47˚С. Это  обеспечивает эксплуатацию при очень  низких температурах.

 

 

3.3 Физическая и химическая стабильность дизельного топлива

 

Под воздействием внешних факторов в ДТ протекают физические и химические процессы, т.е. происходит испарение, загрязнение механическими примесями и водой, при охлаждении выпадают высокоплавкие компоненты, а также окисление, разложение и конденсация. Кроме этого в топливо попадают пыль из атмосферы, продукты коррозии, нерастворимые вещества, образующиеся в результате окисления.

Химическая стабильность топлива  зависит от его состава. Нестабильным считаются те топлива, где есть непредельные соединения (алкены) и смолы. Смолы откладываются на горячих поверхностях и мощность двигателя падает на 15…20%. Количество смол не должно превышать 5мг на 100мл топлива.

Смолы образуются в результате процессов окислительной конденсации  углеводородов в зависимости  от температуры и катализаторов.

Катализаторами являются металлические поверхности резервуаров, трубопроводов, оксиды и соли на этих поверхностях.

Каталитическую активность проявляют в основном металлы переменной валентности, такие как железо (Fe), хром (Cr), марганец (Mn), Кобальт (Co) и другие.

Химическую стабильность оценивают по индукционному периоду, т.е. по времени до начала окисления.

Индукционный период – это интервал времени, в течение которого топливо, находясь в специальном герметически закрытом сосуде в атмосфере чистого кислорода при 0,7МПа и 100˚С, не вступает с кислородом в химические соединения.

Как только начинается падение  давления в сосуде индукционный период заканчивается. Вот поэтому по индукционному периоду судят о химической стабильности ДТ, т.е. чем продолжительнее индукционный период топлива, тем выше его химическая стабильность.

Физической стабильностью  обладают стандартные дизельные  топлива, в которых не содержится летучих и малорастворимых компонентов и примесей, а давление насыщенных паров при 20˚С не превышает 1кПа. Потери топлива при больших и малых «дыханиях» резервуара не превышают 1,5 кг/м3 от паровоздушного пространства.

При горении ДТ образуется нагар, который ухудшает распыл топлива из форсунок.

Наличие нагарообразования  существенно зависит от состава  топлива, в том числе и от фракционного, с утяжеление которого нагарообразование  возрастает. В наибольшей степени  нагар образуется при наличии серосодержащих соединений, алкенов, ренов и смол.

Механические примеси  также снижают надежность топливной  аппаратуры. Опасными механическими  примесями является песок, глинозем или частицы льда, при замерзании воды в топливе.

Вода в ДТ ухудшает его смазывающие свойства. Поэтому содержание воды в нефтепродуктах до 0,025% включительно принято называть следами. Однако даже такое ее количество допустимо в летних видах дизельного топлива.

Таким образом, содержание в ДТ механических примесей, воды, мыл  нафтеновых кислот и смолистых продуктов окисления характеризуется показателем, называемым коэффициентом фильтруемости. Он определяет чистоту топлив и позволяет оценить содержание в топливе всех видов загрязнения, ограничить их содержание и обеспечить надежную работу топливной аппаратуры.

 

 

4. Свойства и показатели дизельного топлива, влияющие на смесеобразование.

 

4.1 Испаряемость дизельного топлива.

 

Испаряемость ДТ оценивается  фракционным составом, т.е. температурами t10%, t50%, t96%, t к.п..

В отличие от бензина, фракционный состав ДТ регламентируется только двумя температурами выкипания 50 и 96% топлива. Дело в том, что между температурой выкипания 10% дизельного топлива и работой дизельных двигателей однозначной связи не установлено.

При повышении выкипания 10% топлива, т.е. утяжеления топлива, увеличивается его расход и дымность отработанных газов.

При понижении выкипания 10% топлива, т.е. облегчении топлива, ухудшается пуск двигателя. Почему? Да потому, что  легкие фракции имеют худшую самовоспламеняемость, т.е. пусковые свойства дизельный топлив для дизелей, где происходит самовоспламенение от сжатия.

Поэтому пусковые качество ДТ определяются температурой его выкипания 50%.

t50%=255…280˚С

t96%=330…360˚С

Температура выкипания 96% топлива регламентируется содержанием в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение которых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повышает нагарообразование и дымность отработавших газов. В зависимости от марки дизельного топлива температуры выкипания t50% и t96% колеблется как указано выше.

Чем выше испаряемость топлива, тем качественнее смесеобразование внутри цилиндров, значит, лучше будет  его сгорание.

Поэтому, чтобы качественно  было смесеобразование, ДТ нужно тщательно  распыливать. Это достигается созданием  большой скорости движения топлива через сопла форсунок. Перемешиваясь в среде сжатого горячего воздуха, капли ДТ испаряются, а их пары, перемешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь.

Испаряемость ДТ в  эксплуатационных условиях зависит  от следующих факторов:

От конструкторских особенностей дизеля;

От формы камеры сгорания;

От конструкции и  размера сопловых отверстий форсунок;

От давления топлива;

От направления впрыска  топлива.

Все эти факторы влияют на оптимальное перемешивание топлива  с воздухом, а значит, и на испаряемость.

Остальные факторы, такие  как вязкость, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение, имеют  такое же значение для испаряемости дизельного топлива, как и у бензинов.

Утяжеление и облегчение фракционного состава дизельного топлива  рассматривается как одно из перспективных направлений увеличения ресурсов топлива.

Установлено, что за счет увеличения температуры конца кипения  с 360 до 380˚С ресурсы ДТ могут быть увеличены на 3…4%.

 

4.2 Плотность и поверхностное натяжение дизельного топлива.

 

Плотность ДТ равна 830…860 кг/м3. В эксплуатации повышение плотности  топлива с понижением температуры  вызывает увеличение его расхода  по массе при его объемном дозировании.

Кроме того, это повышает максимальное давление в трубопроводах  системы питания. В итоге увеличение плотности приводит к обогащению смеси.

Плотность и поверхностное  натяжение ДТ, наряду с вязкостью  оказывают влияние на качество распыления. При этом, чем более мелкую структуру  капель будет иметь распыленный  факел топлива, из форсунки, тем быстрее произойдет переход его в парообразное состояние. 
5. Свойства и показатели дизельного топлива, влияющие на самовоспламенение и процесс сгорания.

 

5.1 Воспламеняемость дизельного топлива.

 

Воспламеняемость ДТ – это его способность самовоспламеняться внутри цилиндров двигателя, после его впрыска под большим давлением в сжатый и нагретый воздух.

Воспламеняемость ДТ зависит от температуры в очаге  воспламенения. При этом мельчайшие капли топлива смешиваются с  кислородом, испаряются и начинается процесс сгорания, т.е. самовоспламенение начинается без какого-либо источника зажигания.

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:

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.

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.

 

5.2 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.