Основные эксплуатационные свойства дизельных топлив и их влияние на работу дизельного двигателя.




Тема 3: Дизельные топлива

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Условия применения и требования к качеству дизельных топлив.

2. Основные эксплуатационные свойства дизельных топлив и их влияние на работу дизельного двигателя.

3. Марки дизельных топлив и их применение на автомобильной технике.

4. Взаимозаменяемость дизельных топлив отечественного и зарубежного производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Остриков, В.В. Топливо и смазочные материалы: учебное пособие / В.В. Остриков, С.А. Нагорнов, И.Д. Гафуров. –Уфа, 2006. – 291 с

 

Дополнительная:

2. Кириченко, Н. Б. Автомобильные эксплуатационные материалы [Текст] / Н.Б. Кириченко. – М.: Академия, 2012. – 208 с.

3. Кузнецов, А. В. Топливо и смазочные материалы [Текст] / А.В. Кузнецов. – М.: Колос, 2007. – 199 с., ил.

4. Тихонов, А.А. Эксплуатационные материалы: учебно-методическое пособие / А.А. Тихонов, С.Н. Асланова. – Пятигорск: РИА-КМВ, 2013. – 100 с.

5. Учебное пособие к проведению лабораторных. Лабораторный практикум по эксплуатационным материалам. – Балашиха: ВТУ, 2013.

Нормативная:

6. ГОСТ В 18241-91. Топливо, масла, смазки и специальные жидкости. Номенклатура и порядок назначения.

7. ГОСТ Р 51105-97. Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированные бензины.

8. ГОСТ 32513-2013 Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия.

9. ГОСТ 2084-77. Автомобильные бензины.

10. ГОСТ 305-2013. Топливо дизельное. Технические условия.

11. ГОСТ 305-82 Топливо дизельное. Технические условия.

12. ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009). Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия.

 

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильный транспорт является основным потребителем (свыше 65%) наиболее дефицитных и ценных светлых нефтепродуктов, получаемых на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), а двигатели внутреннего сгорания (ДВС) бензиновые и дизельные остаются наиболее массовыми силовыми установками автомобилей.

В нашей стране легковые автомобили с дизельными двигателями составляют только 15 % от общей численности парка и только 80% грузовых автомобилей имеют дизельные двигатели, а, например, во Франции дизельные двигатели имеют 30 % автомобилей грузоподъемностью 4...12 тонн и 98 % автомобилей с грузоподъемностью свыше 12 тонн.

Экономное расходование энергетических ресурсов одна из важнейших задач народного хозяйства.

 

Условия применения и требования к качеству дизельных топлив.

Условия применения дизельного топлива определяются особенностями рабочего процесса дизельного двигателя, основными из которых являются впрыск топлива в камеру сгорания в среду сильно нагретого воздуха.

За короткое время (0,003–0,006 с) происходит впрыск и распыливание топлива, распределение его по объему камеры сгорания, испарение, предпламенные химические превращения, воспламенение и горение топливно-воздушной смеси.

В соответствии с особенностями рабочего процесса дизельного двигателя, к дизельным топливам предъявляются следующие требования:

- обеспечивать надежную и бесперебойную подачу топлива в камеру сгорания;

- иметь оптимальную воспламеняемость, обеспечивающую легкий пуск, плавную работу двигателя на всех эксплуатационных режимах и высокую скорость горения рабочей смеси;

- не образовывать отложения в двигателе и не вызывать коррозию средств хранения, транспортирования, заправки, перекачки и деталей двигателей;

- обладать высокой стабильностью при хранении и не быть токсичными.

-

Основные эксплуатационные свойства дизельных топлив и их влияние на работу дизельного двигателя.

К основным эксплуатационным свойствам дизельных топлив относятся:

- прокачиваемость;

- испаряемость;

- воспламеняемость;

- лако- и нагарообразующая способность;

- коррозионность.

Под прокачиваемостъю дизельного топлива понимают его подвижность и способность обеспечивать определенную скорость перекачки или подачи в системе питания дизеля.

Прокачиваемость дизельных топлив характеризуется: плотностью, вязкостью, температурой помутнения, застывания, наличием воды и механических примесей.

Вязкость – важнейший показатель, характеризующий прокачиваемость. Она сильно зависит от температуры окружающего воздуха и поэтому должна быть меньше у зимних и арктических топлив. Вязкость дизельных топлив при температуре +20 0С устанавливает ГОСТ 305-2013, она находится в пределах 1,5–6,0 мм2/с. Зависимость вязкости дизельного топлива от температуры видна из графика, рисунок 3.1.

С повышением вязкости топлива увеличивается гидравлическое сопротивление в топливной системе и несколько ухудшается прокачиваемость, особенно зимой, когда из-за низкой температуры вязкость топлива возрастает, а испаряемость падает.

Пониженная вязкость топлива улучшает распыливание, но чрезмерно малая вязкость также нежелательна, так как использование маловязких топлив сопровождается подтеканием их через форсунки и плунжерные пары насосов, что нарушает дозировку впрыска.

Кроме этого, плунжерная пара насосов высокого давления смазывается самим топливом и малая его вязкость ухудшает смазывание прецизионных пар, что приводит к повышенным их износам.

Плотность дизельных топлив при +20 0С лежит в пределах 830–860 кг/м3. С повышением плотности топлива подача его увеличивается и рабочая смесь обогащается, так как топливо при впрыске дозируется насосом по объему. Плотность определяется ареометром.

 

t  


1– топливо летнее; 2 – топливо зимнее

Рисунок 3.1 – Зависимость вязкости дизельных топлив от температуры

 

При понижении температуры часть растворенных в дизельном топливе высокоплавких углеводородов (парафина и церезина) и воды начинает выпадать в виде микрокристаллов, вследствие чего топливо теряет прозрачность и мутнеет.

Температурой помутнения называется температура, при которой топливо теряет прозрачность и становится мутным.

По ней судят о низшей температурной границе применения топлива в системе питания дизеля.

Топливо должно иметь температуру помутнения на 3...4 0С ниже температуры окружающего воздуха.

При помутнении топливо не теряет текучести, может проходить по трубопроводам и наполнять тару и баки. Но при прокачивании по системе питания микрокристаллы углеводородов или льда задерживаются фильтром тонкой очистки, оседают на его поверхности в виде парафиновой ледяной корки и вскоре прекращают подачу топлива в двигатель.

При дальнейшем понижении температуры микрокристаллы углеводородов срастаются и образуют пространственную решетку, связывающую жидкую фазу и придающую топливу студнеподобный вид.

Температура, при которой дизельное топливо теряет текучесть, называется температурой застывания.

Моментом застывания условно считают потерю текучести, при которой налитое в пробирку дизельное топливо в условиях опыта не изменяет первоначального положения мениска в течение одной минуты при наклоне пробирки на угол в 45 0С.

Застывшее топливо не только не может быть прокачено из топливного бака в двигатель, но им даже нельзя заправить топливный бак машины или перелить его из одной тары в другую.

Температура застывания топлива должна быть ниже температуры окружающего воздуха не меньше, чем на 150С.

При эксплуатации машины температуру застывания дизельного топлива понижают добавлением в него керосина.

Добавление 25% керосина понижает температуру застывания топлива на 8...10 0С.

Температуры помутнения и застывания дизельных топлив устанавливаются стандартами. Так температура застывания различных дизельных топлив находится в пределах от минус 10 до минус 55 0С.

Причиной перебоев в подаче топлива являются также механические примеси и вода, которые забивают топливные фильтры системы питания. Вода в топливе может находиться в виде эмульсии и в растворенном состоянии.

Для полного осаждения эмульсионной воды из дизельного топлива в летних условиях требуется не менее 3 суток, а осенью 6...8 суток.

Механические примеси являются весьма нежелательными включениями в дизельное топливо, так как они не только засоряют топливные фильтры тонкой очистки и вызывают перебои в подаче, но самое главное – они являются причиной повышенных износов насосов высокого давления и форсунок.

Для предупреждения попадания механических примесей в топливные баки машин необходимо отстаивать дизельное топливо в резервуарах и таре, а также фильтровать его через фильтры из искусственной замши или фетра при перекачки и заправке машин.

Отстаивание механических примесей также как и отстаивание эмульсионной воды, идет в дизельном топливе очень медленно, особенно зимой, когда вязкость его сильно возрастает.

К исходу 10 суток полнота осаждения примесей достигает 98 %. При отстаивании топлива в первую очередь от механических примесей очищается верхний слой, по этому при заправке машин не следует опускать приемный рукав заправочного насоса до самого дна резервуара.

В отличие от бензиновых двигателей, где испарение и образование горючей смеси происходит во впускном трубопроводе при сравнительно невысоких температурах, в дизельных двигателях испарение происходит в среде раскаленного воздуха, в условиях интенсивного воздействия на процесс испарения высоких температур.

Поэтому, несмотря на малое время, отводимое в дизельных двигателях на смесеобразование, в качестве дизельных топлив используют нефтепродукты с более тяжелым, чем у бензинов, фракционным составом.

Практикой эксплуатации и многочисленными исследованиями установлено, что начало перегонки дизельных топлив должно быть примерно 120...2000С, конец перегонки – в пределах 330–360 0С.

С повышением испаряемости до определенного предела улучшается пуск двигателя, однако, повышение испаряемости увеличивает жесткость работы дизельного двигателя, так как значительная часть горючей смеси успевает испариться. Воспламенение и горение большого количества однородной по составу смеси, сопровождающееся высокой скоростью нарастания давления в цилиндрах, вызывает жесткую работу двигателя. Повышение до определенных пределов жесткости работы увеличивает мощность и экономичность, не снижая надежность двигателя.

Оптимальная испаряемость дизельных топлив обеспечивается за счет подбора фракционного состава.

ГОСТ на дизельные топлива нормирует температуру перегонки 50% (t50%) и 96% (t96%) она же (tKП).

Фракционный состав является основным показателем, характеризующим испаряемость дизельного топлива, однако, по этим точкам нельзя выполнить такую же эксплуатационную оценку, как и бензина.

Под воспламеняемостью понимают способность дизельного топлива воспламеняться без воздействия постороннего источника зажигания.

В дизелях воспламенение рабочей смеси происходит под влиянием высокой температуры, в цилиндрах двигателя в конце такта сжатия.

От хорошей воспламеняемости топлива в большей степени зависит плавное протекание процесса сгорания рабочей смеси, мягкая и экономичная работа дизельного двигателя и максимальное использование энергии сгорания.

Последствием плохого воспламенения является жесткая работа двигателя. Это объясняется длительным периодом задержки воспламенения. Периодом задержки воспламенения называется время от начала впрыска топлива до момента воспламенения смеси.

Чем длительнее период задержки воспламенения, тем больше за это время испаряется топлива и резче возрастает давление в цилиндрах. При небольшой скорости нарастания давления после воспламенения работу дизельного двигателя считают «мягкой». Высокая скорость нарастания давления вызывает «жесткую» работу двигателя, при которой силовые нагрузки на основные детали поршневой и шатунно-кривошипной групп увеличиваются и приобретают ударный характер. Это в свою очередь ведет к преждевременному износу поршневых колец, пальцев, шатунных и коренных подшипников.

Жесткая работа дизельных двигателей сопровождается стуками, дымным выпуском отработавших газов, повышением удельного расхода горючего, перегревом двигателя и этим внешне напоминает детонацию в бензиновых двигателях.

Воспламеняемость дизельных топлив оценивают сравнением ее с воспламеняемостью эталонных горючих и выражают цетановым числом (ЦЧ).

Определение цетанового числа заключается в искусственном подборе такой смеси эталонных горючих, которая воспламеняется и сгорает в двигателе установки ИТ-9-3 одинаково с испытуемым горючим. В качестве эталонных горючих приняты два индивидуальных углеводорода: нормальный цетан (СН16Н34) и ароматический углеводород альфаметилнафталин (CH3C10H7).

Цетан обладает очень хорошей воспламеняемостью, условно принимаемой за 100 единиц, а альфаметилнафталин обладает плохой воспламеняемостью, принимаемой за нуль.

Для испытания приготавливают смеси этих эталонных горючих в различных соотношениях. В зависимости от содержания цетана эти смеси имеют воспламеняемость численно равную содержанию цетана в смеси, так, воспламеняемость смеси из 45% (по объему) цетана и 55% альфаметилафталина выражают цетановым числом равным 45.

Цетановым числом (ЦЧ) называется условный показатель самовоспламеняемости дизельных топлив, численно равный процентному содержанию цетана в такой смеси с альфаметилнафталином, которая по характеру самовоспламенения эквивалентна испытуемому топливу.

С целью повышения «ЦЧ» в дизельные топлива при необходимости добавляют до 1% изопропилнитрата.

Необходимо отметить, что параметры эффективности рабочего процесса двигателя (мощность, удельный расход топлива, полнота сгорания топлива) зависят прежде всего от периода задержки самовоспламенения, скорости нарастания давления в цилиндрах и давления сгорания, на что, кроме свойств топлива оказывают влияние, как конструктивные, так и эксплуатационные факторы. К числу конструктивных относятся: степень сжатия, способ смесеобразования, рабочий объем цилиндров, форма и материал головки поршня.

Важнейшим эксплуатационными факторами, влияющими на рабочие процессы дизельного двигателя являются угол опережения и давление впрыска топлива, частота вращения коленчатого вала двигателя, величина подачи топливной смеси.

С увеличением угла опережения впрыска топлива увеличивается период задержки воспламенения и жесткость работы двигателя.

Повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя усиливает турбулентность смеси, повышает тепловой режим, что снижает период задержки воспламенения.

Увеличение подачи топлива повышает тепловой режим и мощность двигателя, снижает период задержки самовоспламенения. Влияние воспламеняемости топлива на основные параметры двигателя проиллюстрировано на рисунке 3.3

При эксплуатации дизельных двигателей наблюдается образование различных отложений в системе питания и в камере сгорания. Образование отложений зависит как от режима работы и состояния дизельных двигателей, так и от качества топлива. На образование различных отложений в камере сгорания и системе питания сказывается в большей степени присутствие в дизельных топливах фактических смол, которые образуются при окислении. Присутствие в дизельных топливах большого количества фактических смол приводит к выпадению смолистых пленок на фильтрующих элементах, вследствие чего резко снижается их пропускная способность и уменьшается подача топлива в двигатель.

Кроме того, при работе дизельных двигателей наблюдается такое образование нагара, который покрывает стенки камеры сгорания, днища поршней и головки форсунок. Закоксование выпускных клапанов ведет к нарушению посадки и потере герметичности, снижению давления сжатия и падению мощности двигателя.

Склонность дизельных топлив к отложению зависит от наличия фактических смол, углеводородного состава и наличия серы (рисунок 3.3).

 

 

 
 
 
кВ т,
г/кВт·ч
гра д,

 
 


Ne – мощность, кВт; dp/dφ – жесткость работы; ge – удельный расход топлива, г/кВт·ч,

tвоспл . – период задержки воспламеняемости, град.; tпуска . – период пуска, град.;

 

Рисунок 3.2 – Зависимость воспламеняемости горючего основных

параметров дизельного двигателя

 

t

 

1 – малосернистое топливо, не содержащее непредельных углеводородов; 2 – сернистое топливо; 3 – сернистое топливо, содержащее непредельные углеводороды

 

Рисунок 3.3 – Влияние качества топлива на величину отложений

 

Дизельные топлива изготавливаются, как правило, из продуктов прямой перегонки нефти, а содержание серы и фактических смол в них ограничивается стандартом (серы – 0,2-0,5%, фактических смол не более 40 мг/100 см3).

Для снижения склонности топлив к отложениям к ним добавляют специальные присадки (моющие).

Коррозионность дизельных топлив определяется наличием в них органических кислот и, особенно, серы, таблица 3.1.

 

Таблица 3.1 Влияние серы на износ двигателя

Вид испытания и длительность, км Содержание соединений серы, % Износ компрессионных поршневых колец (уменьшение веса), мг Износ цилиндра в верхнем поясе, мкм
Дорожные 0,12 1,37  
испытания, 0.30 1,6  
пробег 26000 0,57 5,2  

 

Наличие сернистых соединений в дизельном топливе вызывает разрушение подшипников из свинцовистой бронзы, а в присутствии органических кислот – коррозию деталей.

При повышенной температуре наблюдается газовая коррозия в результате взаимодействия газообразных сернистых соединений с металлами. Коррозию деталей вызывают также органические кислоты, поэтому их количество в топливах ГОСТ ограничивает 5 мг КОН на 100 см3. Для уменьшения коррозионности топлив добавляют присадки.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-06-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: