Лаврик А.Н. Топливо для ДВС

Подождите немного. Документ загружается.

тошшвной аппаратур», и в частности, коррозию прецизионных пар,

что совершенно недопустимо. Механические примеси вызывают изноо

прецизионных пар. Дяя дополнительной очистки тошшв от воды,

механичеоких цримеоей, смол двигатели комплектуются совершенными

системами грубой и тонкой очистки топлив. Наиболее эффективным сред-

ством очистки топлив являетоя центрифугирование, Для определения ко-

личества механических примесей дизельное .топливо разбавляют прямо-

точным бензином я пропускают через бумажный фильтр. Привес фильтра

выражают в процентах к навеоке топлива.

Наличие вода в топливе качественно определяют по его помутнению

(три охлаждении до -5°С. Количественное содержание воды определяют

на специальном приборе отгонкой ее из смеои испытуемого топлива о

равным количеством легкого прямогонного бензина (рис. 25). Сконден-

сировавшаяся в обратном холодильнике вода оседает

в нижней части.градуированного приемника-ловржи, а

сконденсировавшееся топливо, заполнив приемник-ловуш-

ку , отекает обратно в колбу. Перегонку ведут дс тех

пор, пока количество воды в ловушке перестанет увели-

чиваться.

На подачу топлива в цилиндр двигателя большое вли-

яние оказывает его вязкость. При чрезмерно большой

вязкости ухудаюется прокачиваемооть топлива по тру-

бопроводам, увеличиваются затраты энергии на процесс

тошшвоподачи и меньшая доля энергии расходуется на

процесс распиливания топлива, Для улучшения фильтру-

емости, прокачиваемооти и распиливания желательно

применение топлива е возможно меньшей вязкоотью. Од-

нако чрезмерно низкая вязкол^ь может вызвать увеличе-

ние утечек топлива черев зазоры прецизионных пар. В

Рио.25. Прибор таком случае возникает необходимость введения допол-

для определе- нительных конструктивных мероприятий По защите Топ-

ния содержания ливных насосов высокого давления от утечек топлива.

воды в нефте- В противном случае просочившееся топливо может ВЫЕ-

продуктах вать разжижение масла в картере насоса.

Наибольшее увеличение утечек топлива наблюдается

при снижения вязкости менее 1,2

•

-6

/с при 20°С (рио. 26). При

вязкости 1,0-10"

/с суммарные утечки топлива могут составить 0,6$

от цикловой подачи, что весьма существенно.

0,6

0,2

х\

0/23 * f

Хшемс/тичесхоя ёшостд

/по/тлиS,

Рио. 26, Влияние вязкости на утечки тошшв в топливной ап-

паратуре дизеля: I - суммарные утечки топливе; 2 -

утечки топлива в плунжерных парах} 3 - утечяя топ-

лива в фороунаах

с о ,

При работе на маловязких тошшвах - вязкость (1,2.,.1»5М0 м /с-

не происходит повышенного изноба топливной аппаратуры. На смазыва-

ющие способности топлива оказывают влияние не только физические,

но и химические свойства топли-

ва, Лучшими смазывающими свой-

ствами. обладают непредельные и

ароматические углеводороды.

На вязкость тошшва большое

влияние оказывают температура а

давление среды. С повышением

давления вязкость увеличивается

(рис. 27), а о повышением тем-

пературы вязкость топлива умень-

шается (рис. 28).

При понижении температуры из

тошшва выделяется влага и тя-

желые парафины и топливо стано-

вится мутным. При дальнейшем ох-

V-

§ so 40 60 *o sao Ш

^ jjafae/tuf, Ma

Рис.27. Зависймооть вязкости топ-

лива от давленая

Рже.28. Изменение вязкости тошшв от

температуры; Т - арктическое

дизельное топливо; 2 - зим-

нее дизельное топливо; 3 -

летнее дизельное топливо

Се С

Cm С

С» Cm С«

Сг*

Утю

вятамо£

wtpoefa <f мж#ше

Рив.29. Завяоимооть Температуры засты-

вания метановых углеводородов

от числа атомов углерода в мо-

лекуле я цетанового числа

лаждении топливо теряет свою

подвижность и застывает. Для

зимних уоловий необходимы топ-

лива с низкими температурами

помутнения и эаотывания. Эти

температуры характеризуют

низкотемпературные свойства

дизельных тошшв. Температу-

ра помутнения является более

важным показателем по сравне-

нию с температурой застывания,

так как уже на стадии помутне-

ния топлива нарушается топли-

воподача.

Низкотемпературные свойст-

ва зависят от фракционного и

углеводородного оостава топлив.

Они улучшаются при облегче-

9 нии фракционного состава.

Худшими низкотешературнвми

свойствами характеризуются

нормальные парафиновые угле-

водорода. С повышением их

молекулярной маосы (длины це-

пи углеводородов) повышается

и температура застывания (рис.

29). ПоэтокУ в зимних и

арктических тошшвах присут-

ствие тяжелых парафиновых

углеводородов нежелательно.

Температура заотывания

изопарафиновых углеводородов

значительно ниже, чем темпе-

ратура застывания соответст-

вующих им по молекулярной

массе нормальных парафиновых

углеводородов.

' Более низкие температуры

№

заставания имеют непредельные углеводороды. Однако их включение в

состав дизельных тошшв нецелесообразно из-я а увеличения нагарооб-

разованкя и снижения воспламеняемости.

Низкотемпературные свойства дизельных тогокв, получаемых прямой,

перегонкой, зависят главным образом от группового химического сос-

тава нефти. Из нафтеновых нефтей можно получить зижяе и арктичес-

кие тошшва е пределами выкшания от 200 до 330.,..340°С и о темпе-

ратурам застывания - 60 и -45°0 соответственно.

Из парафиниотых нефтей зимние и арктические дизельные тошгава

получают за счет облегчения фракционного состава и при помощи дена-

рафинизацш. В последнее время для улучшения низкотешературних

свойств применяют специальные присадки - депреооаторы. Добавка де--

преооаторов в количестве 0,2$ снижает температуру застывания на

35...40°С. Их недостаток в том, что они практически не влияют на

температуру Помутнения топлива.

Улучшить дрокачиваемость тошшв при низких температурах можно

организацией обогрева тогшшоподкачиввющего насоса и фильтров. При

использовании тяжелых моторных топлив приметают их подогрев на воем

пути от расходных баков до форсунок.

Отрицательное действие на фильтруемость топлива оказывают смо-

листые -соединения, нафтеновые киолоты, вода, присутствующие в топ-

ливе. Количественно фильтруемость топлив оценивается коэффвдкентом

фильтруемости, который определяется на специальном приборе по изме-

нению пропускной способности фильтра из бумаги БФДТ при последовав

тельном пропускании 47 мл топлива. 'Коэффициент фильтруемости выра-

жается отношением времени фильтрации каждых последующих 2 ш тошш-

ва ко'времени фильтрации первых двух миллилитров. Коэффициент филь-

труемости K^ = KJQ/KJ ДЛЯ ТОПЛИВ не должен быть больше двух.

5.3. Свойства топлив, влияющие

на смесеобразование в дизеле

Под смесеобразованием в дизеле понимают процесо образования тол-

ливовоздушной омеси от момента ноотуплен_ я тошшва в цилиндр до

момента воспламенения последней порции топлива, подаваемой за цикл.

От качества и своевременности образования горючей смеси в значи-

тельной мере зависит эффективность рабочего цикла дизеля.

В дизельном двигателе на процессы смесеобразования отводят в

10 раз меньше времени, чем в карбюраторном двигателе, и в то же вре-

ад в дизелях используют более тяжелые топлива с

зтью. Это объясняется лараметраш среда», куда впрыскивается топ-

принудительного его распиливания при больших

ную среду с температурой 500,

„

,,60Q°C к давлением 2,5.. .3,5 МПа,

Плотность среда в 12.,.14 . раз превышает плотность окружающего воз-

духа. Топливо впрыскивается при больших давлениях (до 100 МПа) фор-

сункой щщ,-температуре 60.,.70°С. Качество распиливания топлива ха-

рактеризуется числом и размером капель, дальнобойностью к углом

зонуса факела. Общее число капель в факеле достигает

з, а размер их колеблется в пределах от 3 до 150

капли движутся но оси •

к периферий факела, :

Одной из особенностей организации процесса смесеобразования в

является большая неоднородность тошшвовоздушной

Это обстоятельство в большей мере имеет положительное

отрицательное. Важное преимущество состоит й том, что в

двигателях можно значительно обеднять горючую смесь. При общем обе,!'

яенйи смеси при большой шюднородаооет всегда имеются зоны в камер-;

"ОДШО ДЛЯ ТОПЛЙВ0 QipQ

т.е. при

вплоть ДО ХОЛОСТОГО ХОД''

отметить, что неоднородность

и детонационвому сгоранаа в

споооба смесеобразования дизеле* состоит в тс; что

к образован™ ; в

сгорания.

Чувствительность двигателя к

существенно от способа

В этих камерах сгорания образуется

• Фракционный ооотав дазельнах тошшв.(табл. 9) оценивается тем

цературами выкипания 10%, 50$, 905? в 965? топлива. За конец кипен:

принимают, температуру выкиппяия 96$ топлива. Дня перспективных <г

лив широкого фракционного состава, получаемых из нефти и газовых

конденсатов, обязательно оговаривается температура начала кипения.

Однако значения температур фракционного состава для оценки эксплуа-

тационных свойств диёельянх топлив и бензинов существенно отлича-

ются, температура внкшания 50« топлива в какой-то мере характери-

зует пусковые свойства дизельных тошшв. Высокая температура выки-

пания 90 и 96% говорит о наличии в топливе тяжелых, трудно испаряю-

щихся фракций, которые ухудшают смесеобразование, снижают экономич-

ность, повышают нагарообразование и дымность отработавших газов.. .

Дяя арктических „словг.й температуре конца кипения топлива должна

"быть не выше 33

, для зимних условий - не выше 340 и дяя летних усло-

вий - не выше Зы°С. • •

Вязкость топлива оказывает большое влиянж-кэ его распиливание

и последующее смесеобразование. Средний диаметр капель прямо пропор-

ционально зависит от вязкости топлив. При повышении вязкости наблю-

дается увеличение дальнобойности топливного факела и увеличивается

средний диаметр капель. При чрезмерно большой вязкости значительная

часть топлива может попасть на поверхность камеры сгорания, и в со-

четании о грубым распиливанием может произойти ухудшение процессе

смесеобразования,

С другой стороны, для определенной топливной аппаратуры чрезмер-

ное понижение вязкости приводит к ухудшению процесса смесеобразова-

ния вследствие уменьшения дальнобойности топливного фак°ла. Маловяв-

кое топливо сосредоточивается в окрестности распылителя. Последую-

щий процесс сгорания протекает при недостатке воздуха, е сгорание ^

значительной доли топлива вблизи распылителя приводит к его пере-

греву.

Увеличить дальнобойность маловязкого топлива можно за счет уве-

личения диаметра отверстий распылителя. Это одновременно обеспечи-

вает более грубое расшштание и ограничивает интенсивность испаре-

ния маловязкого топлива за период задержки воспламенения.

Для дизельных двигателей,особенно дяя выоокооборотных,более пред-

почтительны .маловязкие тошпгоз. Выбор верхнего предела вязкости ди-

зельного топжва зависит от конструкции камеры сгорания и числа обо-

ротов двигателя. Быстроходные двигатели о предкамерным и вихрека-

мерним смесеобразованием могут успешно работать на топливе с вяэ-

№

костью 15,..17 мм^/с при 20°С. В быстроходных двигателях с нераз-

деленными камерами сгорания возможно применение тошшв с вязкостью

ДО 8... 10 мм

/с при 20°С.

Плотность дизельных топлив влияет га процесс смесеобразования

примерно так же, как ш их вязкость. Плотность дизельных топлив

лежит в пределах 0,82...О,96 г/см

. Следует учитывать, что измене-

ние плотности топлива оказывает влияние на мощноотнве характеристи-

ка двигателя, так как при одинаковой объемной цикловой подаче для

топлив пониженной плотности снижается весовая цикловая подача.

На распиливание топлива также заметно влияет поверхностное натя-

жение. Эта величина для дизельного тошшва относительно невелика и

составляет 26...21 дин/см. Величина поверхностного натяжения зависит

от фракционного и химического состава топлива, а также от темпера-

тура. При облегчении фракционного состава и увеличении температуры

уменьшается величина поверхностного натяжения. При сопоставимых ус-

ловиях внсокоероматизирсванкне топлива тлеют более высокие значе-

ния поверхностного натяжения по сравнению о парафиновыми.

5.4, Свойства тошшв, влияющие на процесс сгорания

После поступления топлива в цилиндр двигателя одновременно со

смесеобразованием гролсходит предпламенная подготовка топлива к во-

спламенению. Предплеые^ная подготовка топлива характеризуется реак-

циями окисления углеводородов кислородом воздуха под действием вы-

соких температур и давлений. В результате реакций образуются неус-

тойчивые окколы углеводородов - гидроперекиси. В условиях дизеля

гидроперекиси распадаются на валентные реакционно-активные радикалы.

Процесс окисления радикалов сопровождается выделением теплоты. В

определенный момент времени преэтгаменнве фракции переходят в очень

быстрый экзотермический процесс воспламенения топлива. С момента

воспламенения начинается процесс "видимого" сгорания топлива.

Время от момента поступления топлива в цилиндр двигателя до мо-

мента его воспламенения называют периодом задержки воспламенения.

-- • '

Период задержки воспламенения различных углеводородов зависит от их

термической .стабильности. Поэтому наименьшим периодом

задержки .

воспламенения обладают парафиновые углеводороды, затзм следуют наф-

теновые и наибольшим периодом - ароматические.

В карбюраторных двигателях источником воспламенения является

электрическая искра, которая обладает температурой 10 000°С. В зоне

искра за отет глубокой термической диссоциации и ионизации горючая

омось реагирует с высокими скоростями.

В дизельном двигателе отсутствует посторонний источник зажигания,

и при определенной температуре топливовоздушкой смеси происходит са-

мовоспламенение тошшва. ЭТУ температуру называют температурой само-

воспламенения. Она характеризует воспламеняемость топлив. Чем боль-

ше. температура самовоспламенения топлива, тем меньше период задерж-

ки воспламенения. Однако температура самовоспламенения тошнш зави-

сит от условий ее определения. Поэтому самовоспламеняемость дизель-

ных топлив оценивают обычно сравнением ее с самовсшламеняемостью

эталонных топлив.

В качестве эталонов принят углеводород метанового ряда цетан

(С

Нзд) и углерод ароматического ряда «4 -метилнафталин (СдЛЬ^СНд).

Цетан в условия?; дизеля имеет малые периоды задержки воспламенения;

т.е. хорошо воспламеняется. Воспламенение У- -метилнафталина сопро-

вождается больший периодом задержки и жесткой работой двигателя. Са-

мовоспламеняемость цетака принимают за 100 единиц, а «6 -метилнафта-

лина - за ноль единиц. Поэтому количественно озмовоспламеняемость

топлив в условиях дизеля оценивают цетановым числом.

Цетаковое число есть величина, равная процентному (по объему) со-

держанию цетана в, такой его омэси с <6 -метилнафталинсм, которая по

величине периода задержки воспламенения эквивалентна испытуемому

топливу в условиях специального стандартного дизельного двигателя.

Цетановые числа определяют на установке ИТЭ-3 методом совпадения

вспышек. Установка оборудована одноцилиндровым дизелем. Особенностью

конструкции установки является устройство, позволяющее вручную на -

работающем двигателе изменять степень сжатия. Цетановые числа опре-

деляют на следующем режиме работы двигателя.

Чаотота вращения вала двигателя, об/мин 900 * 10

Температура, °С:

охлаждающей вода 100 - 2

масла в картере 50.. .65

воздуха на впуске 65 * I

Давление впрыска, Ша 10,6- 0,4

Угол опережения впрыска, град до ВМТ 13

Количество впрыскиваемого топлива, ш/мин 13 * 0,5

Степень сжатия переменная 7...23

При определении цетанового числа исследуемого тошшва подбирают

такую степень сгатия, чтобы топливо, впрыскиваемое за 13 градуоов

п.к.в. до ВМТ, воспламенялось строго в ВМТ, т.е. период задержки

воспламенения равнялся 13 градусам. Затем подбирают такую смесь эта-

которая при выбранной степени сжатия обладала бы

тодержалооь 45% (по объему) цетана и 55$ ф

ягаа, то испытуемое топливо имеет цетановое число 45.

Цетановое число является функцией периода задержю

свойств топлив. Это вчтоквет из того, что энергия,

m химическую реакцию (но разрыв молекулярных связей),

Дольше энергии, затрачиваемой на испарение топлива (на

связей). Поэтому считают, что

' предшествуют физические процесса испарения. В дг.

в формировании периода ведер

фактор. Физическая часть не

в двигателе, работающем на топливе с

200. ,.350°С, составляет всего 105?; при-облегчении топлив эта доля,

снижается, В этом нетрудно убедиться при работе диэёля на двух топ-

г АИ-93, октановые числа которых по моторному методу соответствен-

но равны 76 и 85, а цетаяовве - 22 и 17»5» Если на бензине А-76 .

тракторный дизель с камерой сгорания -типа ЦНВДЙ в условиях дабо-

торни пускается и прогретый работает с

то на бензине АИ-93 без

пуск .двигателя,

зла топлива и

то .же свойство топлива - его воспламеняемость. Поэтому меад

шгальннх различий. -Между шетж сущве'г

цч = 60-

-ffiL.

' -

Пря отсутствии установки ЦЧ можно примерно рассчитать по разлит.;

ЦЧ = 0,85 П + 0,1 Н - 0,2 А,

где П, Н, А - содержание парафиновых, нафтеновых ;

углеводородов,%; ЦЧ = к^ - 15,5,

где А - анилиновая точна топлива,

топлива в анилине при равных обт-о-

Цетановые числа зависят от количества и строения углеводородов,

входящих в .дизельное топливо (рис. 30), Парафиновые и олефиновае

углеводорода нормального строения термически мекбе устойчивы, нов-

тому ывевт самые•высокие цетановые числа, При образований бояокяж

цепей их цетановые числа уменьшаются,

т\

М /2

Число

аторюб шврвЗв' $ шлегцле

• ¥вс. 30. Зависимость мезду'детановш числом и чио-

дом атомов углерода в молекуле; I - алкаш;

2 - алкены; 3 - бензола! 4 - цикланы

Нашеньщими цетановшди числит

т обладают ароматические угле-

водороды, При увеличении содер-

жания ароматических углеводоро-

дов цетановые числа * дизельного

топливе уменьшаются (рио. 31).

В дизельных твидивах содержится

небольшое количество ароматичес-

ких углеводородов, поэтому она

имеют высокие значения цетаиовмх

чисел (более 40), .Этому способ- Содежшчуё

ствует ж фракционный состав ди-

зельных топлив. Рио.31.

Увеличение чиола атомов угле- -

рода в молекуле метановых ж аро-

матических углеводородов ведет к

росту цетзнового чиола, Дет наф-

теновых углеводородов наблюдается обратная слоимоеть. Ври уведете-

'67

к,

% •

Зависимость цетанового

числа от содержания арома-

тических углеводородов в

дательном топлива