Топливо для дизельных двигателей

Эксплуатационные требования, их краткая характеристика.

Вязкость дизельного топлива, единицы измерения, методы и приборы для определения. Оценка качества дизельного топлива по показателям его физических свойств: вязкости, испаряемости, температуры помутнения и застывания. Факторы, влияющие на смесеобразование. Условия сгорания топлива в дизелях, фазы сгорания. Понятие о «жесткой» и «мягкой» работе дизеля. Цетановое число и методы его оценки. Влияние качества топлива на лако- и нагарообразование в дизельных двигателях. Сернистые соединения топлива, их влияние на коррозию деталей двигателя. Влияние воды и механических примесей на работу быстроходных дизелей. Сорта и марки дизельного топлива для быстроходных и тихоходных дизелей. Качественные и количественные потери при транспортировании, хранении, заправке, эксплуатации. Пути экономии топлива.

Литература: Л-1, с. 88-104; Л-2, с. 40-51; Л-3, с. 60-75.

Методические указания

Топливом для дизельных двигателей могут служить в основном продукты прямой перегонки малосернистой и сернистой нефти с последующей очисткой.

В настоящее время практически на всех тракторах, комбайнах, большегрузных автомобилях, используемых в сельском хозяйстве страны, установлены дизельные двигатели. Их преимущества по сравнению с карбюраторными заключаются в высокой экономичности, использовании в качестве топлива более дешевых и доступных фракций нефти, меньшей пожароопасности, лучшей приемистости без полного прогрева, надежности и долговечности при эксплуатации. Лучшие образцы дизелей МАН-МАЗ имеют пробег 1 млн. км без капитального ремонта. Дизельные двигатели находят применение и на легковом транспорте.

При изучении данной темы основное внимание уделите требованиям, предъявляемым к топливу для быстроходных двигателей: бесперебойной подаче топлива, его оптимальной вязкости, хорошему распыливанию, легкой самовоспламеняемости, плавному и полному сгоранию, наличию в топливе серы, с которой связано явление коррозии, приводящее к повышенному износу деталей двигателя. Запомните основные меры борьбы с сернистой коррозией.

Рассматривая свойства дизельного топлива, уясните сущность «жесткой» работы дизелей, ее зависимость от времени воспламенения топлива, то есть его индукционного периода, влияющего на «массивность» начала сгорания дизельного топлива, скорость нарастания давления в камере сгорания, вызывающего «жесткую» и шумную работу дизеля. (0,6-0,9 МПа на 1⁰ поворота коленвала двигатель работает жестко, а свыше 0,9 МПа очень жестко и быстро выходит из строя). Если давление в камере нарастает (0,25-0,5 МПа на 1⁰ поворота коленвала), то двигатель работает «мягко» без стуков.

Важнейшим показателем, характеризующим самовоспламеняемость дизельного топлива, является цетановое число (ЦЧ). Чем ниже цетановое число, тем больше период задержки самовоспламенения и тем более жесткой будет работа двигателя. Чем выше цетановое число топлива, тем мягче работает дизель и легче запускается при низких температурах. При определении цетанового числа используют установку ИТ-9-3м, у которой степень сжатия меняется от 7 до 23 (см. Л-1, с. 86-87).

Цетановое число устанавливается по методу сравнения топливных эквивалентов испытуемого топлива и топлива эталонного.

В качестве одного эталона принят цетан С₁₆Н₃₄ – парафиновый углеводород нормального строения с малым периодом задержки воспламенения, его ЦЧ принято за 100 единиц.

Вторым эталоном является альфаметилнафталин – С₁₀Н₇СН₃ – ароматический углеводород, очень трудно воспламеняющийся, обладает большим периодом задержки воспламенения, условно его ЦЧ принято за 0 единиц.

Поэтому цетановое число дизельного топлива есть процентное содержание (по объему) цетана в смеси с альфаметилнафталином, которая по характеру сгорания (самовоспламению) равноценна испытуемому топливу.

Для летних сортов дизельного топлива ЦЧ может быть 40 – 45 единиц, а для зимних сортов бывает 45 – 50 единиц.

Цетановое число можно определить, если известен групповой химический состав топлива:

ЦЧ = 0,85П + 0,1Н – 0,2А;

где П, Н и А – содержание в топливе парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов по массе в %.

Приближенно цетановое число можно подсчитать, зная вязкость и плотность топлива:

ЦЧ = 1587,9/ρ²⁰₄(υ₂₀+17,8);

где ρ²⁰₄ – плотность топлива, кг/м³;

υ₂₀ – вязкость топлива при 200С, мм²/с.

Довольно важной характеристикой дизельного топлива является его вязкость.

Если вязкость топлива велика, то ухудшается смесеобразование, больше времени идет на испарение и топливо сгорает не полностью. При пониженной вязкости снижается цикловая подача, падает давление впрыска, мощность двигателя снижается. Оптимальной вязкостью считается 2,5 – 4 мм²/с при 20⁰С.

Изучите способы определения вязкости, запишите в рабочую тетрадь единицы ее измерения.

Уясните, какое влияние на качество дизельного топлива оказывает его фракционный состав, содержание активных и неактивных сернистых соединений, механических примесей, воды и смолистых веществ, температура помутнения, вспышки и застывания. Рассмотрите, как влияют присадки к дизельным топливам на улучшение их качества. Выпишите в рабочую тетрадь марки дизельного топлива, расшифруйте значение букв и цифр (см. приложение №3).

В условиях сельского хозяйства из-за недопоставки зимних сортов топлива нередко прибегают к разбавлению летнего дизельного топлива автомобильным бензином, что крайне нежелательно, так как это приводит к возрастанию жесткости в работе двигателя. Интенсивному изнашиванию деталей топливной аппаратуры. Наблюдаются также разжижение картерного масла и другие отрицательные явления.

Поэтому применять смесь летнего дизельного топлива с низкооктановым бензином в современных быстроходных двигателях крайне нежелательно. Лучше для этих целей использовать технический керосин. Технику-механику важно знать, как происходит изменение свойств дизельного топлива при транспортировании и хранении, что такое количественные и качественные потери, меры борьбы с ними и основные пути экономии топлива.

Примеры решения задач

Задача 6. Определить цетановое число дизельного топлива, если плотность ρ²⁰₄ = 850 кг/м³, а вязкость кинематическая υ₂₀ = 5 мм²/с.

Решение

Приближенно цетановое число определим по формуле:

1587,9 1587,9

ЦЧ = ---------- (υ₂₀+17,8) = ----------- (5+17,8) = 42,6 ед.

ρ²⁰₄ 850

Для летнего дизельного топлива величина ЦЧ в пределах нормы.

Лабораторная работа № 2

Определение качества дизельного топлива и его пригодности к использованию (выполняется в учебном заведении).

Вопросы для самоконтроля:

1. Каким требованиям должно отвечать топливо для дизельных двигателей?

2. Как влияет вязкость топлива на экономичную работу дизеля?

3. Что называется периодом задержки воспламенения и какое влияние он оказывает на процесс сгорания?

4. Что такое «жесткая» работа дизеля и каковы ее причины?

5. Что называется цетановым числом?

6. Как влияет химический состав топлива на работу двигателя?

7. Что называется температурой помутнения и застывания и как она определяется?

8. От чего зависят коррозийные свойства топлива?

9. Какое влияние на работу двигателя (летом и зимой) оказывает наличие в топливе механических примесей и воды?

10. Марки дизельного топлива и показатели качества.