Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 3.4

Основные показатели качества бензинов,

выпускаемых в

соответствии

с ГОСТ Р 51105-97

Наименование показателя

Значение для марки

Нормаль-80

Регуляр-91

Премиум-95

Супер-98

Октановое число,

не менее:

по моторному 76,0

методу

по исследователь- 80,0

скому методу

2. Концентрация свин-

ца

г/дм

не более

3. Концентрация мар- 50

ганца мг/дм

, не

более

4. Содержание факти-

ческих смол,

мг/100

см

бензина,

не более

5. Индукционный пе-

риод бензина, мин,

не менее

6. Массовая доля се-

ры,

не более

7. Объемная доля бен-

зина,

не более

8. Испытание на мед-

ной пластине

9. Внешний вид

10.

Плотность при

700-750

15°С,

кг/м

82,5 85,0 88,0

91,0

95,0 98,0

0,010

5,0

360

0,05

Выдерживает, класс 1

Чистый,

прозрачный

725-780 725-780

725-780

Примечание. Концентрацию марганца определяют только для бензинов, содер-

жащих марганцевый антидетонатор

(МЦТМ).

вающий следующие марки неэтилированных автомобильных

бензинов:

Нормаль-80 - не менее 80;

Регуляр-91 - не менее

91;

Премиум-95 - не менее 95;

Супер-98 - не менее 98.

Таблица

3.5

Испаряемость бензинов, выпускаемых по ГОСТ Р

51105-97

Наименование показателя

Значение для класса

2 3

1. Давление 35-70 45-80 55-90

насыщенных паров

бензинов, кПа

2. Франкционный

состав:

температура начала 35

перегонки,

°С,

не

ниже

пределы

перегонки.

°С,

не

выше:

10%

50% 120

90% 190

конец кипения, °С, не

выше

объемная доля

остатка в колбе, %

остаток и потери, %

или

объем

испарившегося

бензина, %, при

температуре:

4 5

60-95

80-100

35 Не нормируется

70 65

115 ПО

185 180

215

70 °С

1(М5

15-45

15-47

100°С

35-65

40-70

°С, не менее 85

3. Индекс испаряемости, 900

не более

85 8

1000 1100

60 55

105

100

170 160

15-50 15-50

40-70

85 85

1200 1300

В зависимости от климатического района применения по

ГОСТ 16350 автомобильные бензины подразделяются на пять

классов:

1 - для района

с 1 апреля по 1 октября;

2 - для районов

с 1 апреля по 1 октября;

3 - для районов

с 1 апреля по 1 октября и для района

с 1 октября по 1 апреля;

4 - для районов

с 1 октября по 1 апреля;

5 - для районов

с 1 октября по 1 апреля. Характеристи-

ка по испаряемости приведена в табл. 3.5.

Таблица 3.6

Характеристики бензинов с улучшенными экологическими показателями

Показатели

АИ-

80ЭК

АИ-

92ЭК

АИ-

95ЭК

АИ-

98ЭК

ТУ 38.401-58-171-96

ЯрМар-

ка92Е

ЯрМар-

ка95Е

ТУ

38.301

-25-41

-97

Октановое число, не

менее, по методу:

моторному

исследовательскому

Содержание

свинца.

г/дм

не более

Фракционный состав:

объем испарившегося

бензина,

%, при

температуре

70 °С

100

°С

180°С

конец кипения бен-

зина, °С, не выше

остаток в колбе,

(об.),

не более

Давление насыщен-

ных паров

бензина.

кПа:

летний период с

апреля по 1 октяб-

ря

зимний период

с 1 октября по

апреля

Индекс паровой

пробки, не более:

летний период

зимний период

Содержание факти-

ческих

смол.

мг/100

см

на месте

производства, не более

Объемная доля.

не

более:

76,0

80,0

0,010

10-50

35-70

>85

215

2,0

35-70

950

1250

5,0

83,0

92,0

0,010

15-50

40-70

>85

215

2,0

35-70

950

1250

5,0

85,0

95,0

0.010

15-50

40-70

>85

215

2,0

35-70

950

1250

5,0

88,0

98,0

0,010

15-50

40-70

>85

215

2,0

35-70

950

1250

5,0

83,0

92,0

0,010

15-50

40-70

>85

215

2,0

35-70

60-100

950

1250

5,0

85,0

95,0

0,010

15-50

40-70

>85

215

2,0

35-70

60-100

950

1250

5,0

Таблица

3.6 (окончание)

Показатели

АИ-

80ЭК

АИ-

92ЭК

АИ-

95ЭК

АИ-

98ЭК

ТУ 38.401

-58-

1-96

ЯрМар-

ка92Е

ЯрМар-

ка95Е

ТУ 38.301-25-41-97

ароматических уг-

леводородов

в том числе бензола 3

Индукционный период 360

бензина на месте

производства, мин, не

менее

Массовая доля

се-ры,

0,05

не более

Плотность при 20

°С,

780

кг/м

не бо-лее

360

0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

780 780 780 780 780

Примечание. Для бензинов всех марок: испытание на медной пластинке -

выдер-

живает; содержание высокорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и

воды - отсутствие.

Бензин

"Нормаль-80"

должен использоваться на грузовых

автомобилях наряду с бензином А-76.

"Регуляр-91"

вырабатыва-

ется вместо этилированного А-93.

Бензины

"Премиум-95"

"Супер-98"

предназначены в основ-

ном для зарубежных автомобилей, и они отвечают европейским

требованиям.

По ТУ

38.001165-97

выпускаются бензины А-80, А-92 и А-96

с октановыми числами по исследовательскому методу

80,92

и 96.

Эти бензины предназначены для поставок на экспорт.

АИ-98 с октановым числом по исследовательскому методу 98

выпускается по ТУ

38.401-58-122-95

и ТУ 38.401-58-127-95.

По ТУ 38.401-58-86-94 производится малоэтилированный

бензин

АИ-91.

Бензины, вырабатываемые для экспорта по ТУ

38.001165-97

А-80, А-92, А-96, АИ-98 -

всесезонные.

С целью обеспечения Москвы и других регионов экологиче-

ски чистыми бензинами были разработаны технические условия

(городские) с улучшенными экологическими показателями -

ТУ 38.401-58-171-96 и ЯрМарка (ТУ 38.301-25-41-97) (табл. 3.6).

Контрольные вопросы

1. Какие эксплуатационные требования предъявляются к бензи-

нам?

2. Как влияют плотность и вязкость бензина на его расход?

3. Какими показателями оценивается испаряемость бензинов и ка-

кое влияние оказывает на работу двигателя в различных климатиче-

ских условиях?

4. Какое сгорание топлива называется детонационным и как оно

влияет на работу двигателя?

5. Что называется калильным зажиганием и какой вред наносит

двигателю?

6. Какие способы применяются для предотвращения детонационно-

го сгорания в двигателе?

7. Как оценивается детонационная стойкость бензинов?

8. Какие соединения используются в качестве антидетонационных

присадок?

9. От чего зависит стабильность топлив; какими показателями она

оценивается и какими средствами повышается?

10. Какими соединениями, находящимися в бензине, обусловлена

его коррозионная агрессивность и как она предотвращается?

11.

Что влияет на экологическую безопасность бензинов?

12. Какие марки бензинов применяются на автомобильном транс-

порте?

Глава 4

ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА

4.1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

К КАЧЕСТВУ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ

Дизельные двигатели, применяемые на автомобилях отно-

сятся к быстроходным.

Основное их преимущество - высокая экономичность: ди-

зельные двигатели расходуют топлива на 25-30% меньше, чем

карбюраторные. Поэтому большая часть грузового автомобиль-

ного парка страны оснащена дизельными двигателями. Дизели-

зация автомобильного парка позволяет снизить суммарный рас-

ход топлива (бензина и дизельного топлива) и в то же самое вре-

мя потребность в дизельном топливе существенно возрастает.

Прогресс в

дизелестроении

предопределяет необходимость со-

вершенствования качества дизельного топлива.

Дизельное топливо - это нефтяная фракция, основу которой

составляют углеводороды с температурами кипения в пределах

от 200 до 350

°С.

Дизельное топливо - прозрачная, более вязкая,

чем бензин, жидкость. Его окраска зависит от содержащихся

смол и меняется от желтого до светло-коричневого цвета.

Рабочий процесс в дизельных двигателях принципиально

иной, чем в карбюраторных: в дизелях топливо смешивается с

воздухом непосредственно в камере сгорания. В цилиндрах ди-

зельного двигателя сжимается воздух, а не рабочая смесь. В сжа-

тый в цилиндре до

3,0-7,0

МПа и нагретый за счет высокого да-

вления

до

500-800

°С

воздух

под

высоким давлением

(до

150 МПа) впрыскивается через форсунку топливо. Оно испаря-

ется, нагревается до температуры самовоспламенения, смешива-

ется с горячим воздухом, а затем сгорает.

Сложные процессы

смесеообразования

и сгорания топлива

осуществляются за очень небольшой промежуток времени, со-

ответствующий

20-25°

поворота коленчатого вала. При этом

время, отводимое на эти процессы, тем меньше, чем быстроход-

ней двигатель. Характерно, что в карбюраторных двигателях

при равной частоте вращения коленчатого вала на

смесеобра-

зование и сгорание приходится в

10-15

раз больше времени, чем

в дизелях.

Надежная и экономичная работа дизельных двигателей обес-

печивается, когда правильно подобрано топливо, установлен оп-

тимальный угол опережения впрыска и когда смесь полностью

сгорает во время рабочего хода. Иначе увеличивается

дымность

выхлопа, падает мощность, повышается удельный расход топлива.

Для обеспечения в быстроходных дизельных двигателях пол-

ного и качественного сгорания топлива к нему предъявляются

следующие важнейшие эксплуатационные требования, которые

обеспечивают:

бесперебойную подачу топлива как из бака к топливной ап-

паратуре, так и в цилиндры двигателя;

надежное смесеобразование, т.е. обладание оптимальными

вязкостью, плотностью, фракционным составом, поверхностным

натяжением и давлением насыщенных паров;

хорошую воспламеняемость, что обеспечивает мягкую рабо-

ту двигателя, полное сгорание без образования сажи и особо ток-

сичных и канцерогенных продуктов в отработавших газах;

минимальное образование нагара и отложений в зоне распы-

лителей форсунок и в камере сгорания;

минимальную коррозионную активность;

возможно большую физическую стабильность при длитель-

ном хранении и транспортировке;

невысокую токсичность.

4.2. СВОЙСТВА ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ,

ВЛИЯЮЩИХ НА ПОДАЧУ И СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ

На подачу топлива в двигатель существенно влияют низко-

температурные, вязкостно-температурные свойства дизельных

топлив, а также наличие в нем механических примесей и воды.

На смесеобразование оказывает влияние вязкость, плот-

ность, поверхностное натяжение, фракционный состав и давле-

ние насыщенных паров топлив. Под процессом смесеобразова-

ние в дизельных двигателях понимается весь комплекс физиче-

ских и химических явлений, протекающих от момента ввода топ-

лива в камеру сгорания до воспламенения последней порции топ-

лива, подаваемой за цикл. Качество и своевременность образова-

ния горючей смеси определяет протекание рабочего процесса,

его эффективность и экономичность.

,46

4.2.1. Низкотемпературные свойства

Низкотемпературные свойства дизельных топлив характери-

зуются температурой помутнения

(г

температурой застывания

(Г

1Ж

~,)

и предельной температурой

фильтруемости

мр

ф).

В составе дизельных топлив может быть множество углево-

дородов, имеющих высокую температуру плавления. Это преж-

де всего

алканы

нормального строения. Если понизить темпера-

туру, то самые высокоплавкие углеводороды выпадут в виде кри-

сталлов различной формы из состава топлива, и оно помутнеет.

В этом случае возникает опасность забивки фильтров кристал-

лами парафинов. Поэтому принято считать, что температура по-

мутнения дизельных топлив должна оставаться несколько ниже

температуры применения.

Температурой помутнения называют температуру, при ко-

торой топливо теряет прозрачность в результате выпадения кри-

сталлов

н-парафиновых

углеводородов или микрокристаллов

льда. При этом топливо не теряет текучести. В то же время мик-

рокристаллы проникают только через фильтр грубой очистки.

Они, задерживаясь на фильтрующем патроне в фильтре тонкой

очистки, образуют непроницаемую для топлива парафиновую

пленку, в результате чего подача топлива прекращается. Чаще

всего это проявляется при пуске и прогреве дизеля, так как в под-

капотном пространстве на какой-то период еще сохраняется низ-

кая температура.

Бесперебойная подача обеспечивается при температуре по-

мутнения топлива на 5-10 °С ниже температуры воздуха, при ко-

торой эксплуатируется автомобиль. Помутнение обезвоженного

топлива возможно только вследствие выделения микрокристал-

лов высокоплавких углеводородов, что, как уже отмечалось, мо-

жет вызвать закупорку топливных фильтров.

Дальнейшее охлаждение помутневшего топлива приводит к

сращиванию выпавших кристаллов высокоплавких углеводоро-

дов. Образуется пространственная решетка, в ячейках которой

остаются жидкие углеводороды. При определенной температуре

образующаяся структура настолько упрочняется, что топливо

теряет текучесть. Температурой застывания называют темпе-

ратуру, при которой топливо теряет текучесть и при определе-

нии в стандартном приборе дизельное топливо налитое в пробир-

ку наклоненную под углом 45 градусов, в течение 1 минуты не

обнаруживает подвижности. Перемешивая застывшее топливо,

Воздух

К вакуум -

насосу

Воздух РИС. 4.1. Прибор для определе-

ния предельной температуры

фильтруемости:

/ - фильтр; 2 - сосуд для топли-

ва; 3 - бюретка; 4 - пробка корко-

вая; 5 - крышка; 6 - сосуд-рубашка;

7 - сосуд для охлаждающей смеси;

8 - резервуар постоянного вакуума;

9 -трубка стеклянная для сообщения

с атмосферой

можно разрушить кристал-

лическую структуру. Одна-

ко текучесть восстанавли-

вается только на некоторое

время, после чего топливо

вновь застывает. Нормаль-

ная работа дизеля возмож-

на в условиях, когда темпе-

ратура застывания будет на

5-10 °С ниже температуры окружающего воздуха.

Для оценки низкотемпературных свойств дизельных топлив

стандартизован метод установления предельной температуры

фильтруемости. Это температура, при которой топливо после ох-

лаждения в соответствующих условиях способно еще проходить

через фильтр с установленной скоростью. Температуру фильтру-

емости определяют с помощью прибора, схема которого предста-

влена на рис. 4.1. Испытуемое топливо при небольшом вакууме

(200 мм вод. ст.) засасывают через стандартную металлическую

сетку

(№

004), зажатую в патроне, в стеклянную бюретку емко-

стью 20 мл. Испытания проводят последовательно, охлаждая топ-

ливо на один градус. Та температура, при которой закончится

фильтрование топлива или время заполнения бюретки превысит

60 с, и считают предельной температурой фильтруемости.

Предельная температура фильтруемости дизельных топлив

обычно ниже температуры помутнения, но выше температуры

застывания. Однако в этом интервале она может быть различ-

ной: либо ближе к температуре помутнения, либо - к температу-

ре застывания.

Зимние дизельные топлива с необходимыми температурами

помутнения и застывания иногда получают облегчением фрак-

ционного состава. Так для получения дизельного топлива с

= _35 °С и

г„

= -25 °С требуется понизить температуру конца

хх

кипения

с 360 до 320 °С, а для

топлива

1аст

-45

°С и

t,,

= -35 °С - до 280 °С, что приводит к снижению отбора фракций

дизельного топлива из нефти.

Имеются два способа улучшения низкотемпературных

свойств дизельных топлив. Первый - связан с удалением из топ-

лива высокоплавких углеводородов -

алканов

нормального стро-

ения. Такой процесс с помощью цеолитов, комплексообразова-

ния с карбамидом и т.д. осуществляют на нефтеперерабатываю-

щих заводах.

Второй путь - добавление в дизельные топлива присадок, на-

званных депрессорными, которые существенно снижают темпе-

ратуру застывания и предельную температуру фильтруемости

топлив и практически не влияют на температуру помутнения. В

качестве

депрессорных

присадок испытаны многие соединения,

но наиболее эффективные найдены среди соединений полимер-

ного типа. Промышленное применение получили сополимеры

этилена с винилацетатом.

Необходимо увеличение ресурсов зимних дизельных топлив,

так как потребность в них в нашей стране, где преобладает хо-

лодный

климат,

удовлетворяется не полностью. В настоящее

время для климатических районов России разработаны требова-

ния к низкотемпературным свойствам зимних топлив (табл.

4.1).

Таблица

4.1

Требования к низкотемпературным свойствам дизельных топлив

Марка топлива

Температура. °С, не выше

применения

(окружающе-

го воздуха)

помутнения

фильтруе-

мости

застывания

3 минус 35 по

ГОСТ 305-82

3 минус 45 по

ГОСТ 305-82

А минус 55 по

ГОСТ 305-82

ДЗп-5/-15по

381001889-81

ДЗп-

15/-25

ДЗп - 25/-35

ДЗп - 35/-50

-20

-30

-50

-15

-25

-35

-50

-20

-35

- —

-5

-15

-25

-25 -35

-35

-45

-55

-30

-35

-45

-55

Предельная температура

фильтруемости

таких топлив соот-

ветствует предельному диапазону их применения.

Так как, объем производства зимних топлив недостаточен,

поэтому в зимнее время часто используют летнее дизельное топ-

ливо. На местах применения используют смеси летних сортов

дизельных топлив с реактивным топливом или бензином

(табл. 4.2). В этом случае необходимо учитывать, что при разбав-

лении топлив более низкокипящими компонентами повышается

износ двигателей и снижается цетановое число.

Таблица 4.2

Влияние

реактивного

топлива

бензина

на

низкотемпературные

свойства

летнего

дизельного топлива

Температура,

°С

Летнее

дизельное

топливо

Топливо

ТС-

1,%*

К)

Бензин А-76, %

Застывания

Помутнения

Предельной

фильтруемости

-12

-5

-15

. 5

С,

-20

-7

-20

-10

-9

-44

-21

-25

-15

-6

Г,

-19

-7

-10

-22

-9

-13

-25

-26

ТС-1

- реактивное топливо.

Добавление

депрессорных

присадок в дизельное топливо при-

водит к снижению температуры застывания дизельного топлива с

-10 до -35 °С, а предельная (соответствующая температура приме-

нения топлива) температура фильтруемости с -5 до -20 °С.

В настоящее время испытаны и допущены к применению ди-

зельные топлива с зарубежными

депрессорными

присадками

"Керофлюкс-5486",

"ЕСА-5920",

"Любрани

Р-448",

"Додифлоу

V-3905"

и с отечественными присадками

"Полипрен"

"ПДП".

Указанные топлива должны вырабатываться (ТУ 38.101889-81) и

маркироваться как ДЗп (топливо дизельное зимнее с

депрессор-

ной присадкой). Депрессорная присадка "Аспект-Д" обладает вы-

сокой эффективностью, не уступает зарубежным присадкам того

же назначения, а вводится в летние и зимние топлива из расчета

0,002 кг на 1 кг топлива. Эта присадка обеспечивает бесперебой-

ную работу дизельного двигателя до температуры -15

•*•

-20 °С,

тем самым сокращая время запуска холодного двигателя, что поз-

воляет отказаться от разогрева топливной системы. Добавлять

присадку необходимо в топливо, в котором нет выпавших кри-

сталлов

парафина. В таблице 4.3 представлены характеристики

топлив после введения в него присадки "Аспект-Д".

Таблица 4.3

Влияние депрессорной присадки

"Аспект-Д"

на низкотемпературные показатели дизельных топлив

Параметр

Летнее дизельное

топливо

Летнее дизельное

топливо с

0,2%

"Аспект-Д"

Зимнее дизель-

ное топливо (тре-

бование по ТУ)

Температура

застыва-

-14 -36 -30

ния,

°С

Предельная темпера- -5 -24 -15

тура фильтруемой, °С

Кроме того, снижается токсичность отработавших газов (по

углеводородам - на

20-30%,

оксидам углерода и азота - на 5% и

дымность

в среднем на 40%), экономится до 3% топлива, а ресурс

двигателя увеличивается на 30% и более. В продаже появились де-

прессорные

присадки разных наименований, выпускаемые отече-

ственными фирмами, но различного качества. Поэтому к их по-

купке следует подходить осторожно. Многие присадки снижают

температуру застывания, но не влияют на температуру предель-

ной фильтруемости, что приводит к образованию двух слоев топ-

лива в резервуарах и в баках автомобилей: верхнего прозрачного

слоя, обладающего, пониженным

цетановым

числом, и мутного

нижнего, содержащего мелкие кристаллы парафинов.

4.2.2. Вязкость и плотность дизельных топлив,

вода и механические

примеси

в них

Под вязкостью понимают свойство жидкости оказывать со-

противление относительному перемещению ее слоев под дейст-

вием внешней силы.

Пониженное или повышенное значение вязкости (для топ-

лив различных марок находится в пределах от 1,8 до 6,0

мм

/с)

приводит к нарушению работы

топливоподающей

аппаратуры,

а также процессов смесеобразования и сгорания топлива. Изме-

нение дозировки, уменьшение цикловой подачи, снижение дав-

ления впрыска - результат проникновения топлива при пони-

ММ

/С

-40

-30 -20 -10 0 10

г,°С

Рис. 4.2. Схема факела

распылива-

ния топлива:

а - при повышенной вязкости топ-

лива; б - при малой вязкости топлива

Рис. 4.3. Изменение вязкости ди-

зельного топлива

в зависимости

от температуры:

/ - летнее; 2 - зимнее; 3 - арктиче-

ское

женной вязкости через зазоры в плунжерной паре топливного

насоса высокого давления. Подтекание топлива через отвер-

стия форсунок приводит к нагарообразованию. Снижение вяз-

кости топлив ухудшает его смазочные свойства, что приводит к

повышенному износу плунжерных пар, так как они смазывают-

ся топливом. К тому же при этом увеличивается опасность под-

текания и просачивания маловязкого топлива и, как следствие,

возрастает его расход. Падение мощности двигателя может

быть вызвано снижением цикловой подачи.

Повышенная вязкость топлива приводит к ухудшению качест-

ва смесеообразования, при

распыливании

образуются крупные ка-

пли и длинная струя с малым углом (рис. 4.2). Возрастает продол-

жительность этапа испарения, топливо сгорает не полностью, уве-

личивается его расход, повышается нагарообразование, возникает

дымление (цвет отработавших газов становится темным).

Более мелкие и однородные по составу капли улучшают про-

цессы испарения, смесеобразования и сгорания, что характерно

для

распыливания

дизельного топлива средней вязкости (2,5-

4,0

мм

/с

при 20 °С). Такое топливо сохраняет свои свойства при

отрицательной температуре. Это касается текучести топлива,

его проходимости по трубопроводам, через фильтры тонкой очи-

стки и насосы высокого давления.

Поскольку с понижением температуры вязкость значительно

возрастает, существенно ухудшаются пусковые свойства топли-

ва, особенно в холодное время года. Выявлена следующая зако-

номерность: чем выше значение вязкости дизельного топлива

при 20 °С, тем ощутимее изменения, происходящие при пониже-

нии температуры (рис. 4.3).

Загустевание

топлива при охлаждении, когда оно становится

менее подвижным, а сопротивление при движении по топливо-

проводам резко возрастает, является причиной нарушений нор-

мальной работы топливоподающей аппаратуры, а в отдельных

случаях - и полного прекращения подачи топлива. Крупные кап-

ли топлива повышенной вязкости испаряются медленнее, час-

тично оседают на днище поршня и стенках камеры сгорания, что

приводит к нарушению процесса горения и, как следствие, пони-

жению кпд двигателя, увеличению нагара и другим отрицатель-

ным явлениям.

Для обеспечения нормальной работы дизельных автомоби-

лей в холодное время года зимние сорта топлива изготавливают

меньшей вязкости, с понижением температуры она возрастает

незначительно.

Смесеобразование зависит также и от других параметров -

плотности топлива и поверхностного натяжения. И в дизельных

двигателях, и в карбюраторных роль этих параметров практиче-

ски одинакова.

Плотность дизельных топлив влияет на смесеобразование

примерно так же, как и их вязкость. С повышением плотности

увеличивается дальнобойность факела, снижается экономич-

ность и растет

дымность

отработавших газов.

Плотность нормируется (в отечественных стандартах) при

20 °С: для летнего дизельного топлива - не более 860 кг/м

, зим-

него - не более 840

кг/м

арктического - не более 830

кг/м

В за-

рубежных стандартах плотность нормируется при 15 °С. По Ев-

ропейскому стандарту EN-590 плотность летних топлив -

820-850

кг/м

для

зимних

топлив

800-840

(845)

кг/м

Степень распыливания топлива полностью зависит от по-

верхностного натяжения: размер капель прямо пропорциона-

лен величине поверхностного натяжения. С утяжелением

фракционного состава топлив, с повышением их плотности по-

верхностное натяжение возрастает. Если для бензинов поверх-

ностное натяжение колеблется в пределах

0,020-0,024

Н/м, то

для дизельных топлив эта величина находится в пределах

0,027-0,030

Н/м,

а для топлив тихоходных дизелей - она соста-

вляет более 0,030 Н/м.

Поверхностное натяжение прямо зависит от содержания в

топливе поверхностно-активных веществ - смолистых,

серии-

стых

и других соединений. Повышение содержания таких ве-

ществ обеспечивает увеличение поверхностного натяжения на

границе с воздухом. Хорошо очищенные малосернистые топли-

ва характеризуются минимальными значениями поверхностно-

го натяжения и обеспечивают также хорошее

распыливание

смесеобразование.

Топливная аппаратура современных дизельных автомобилей

предъявляет высокие требования к чистоте применяемых

топлив.

В них не должно содержаться механических примесей и воды.

При транспортировке, хранении и заправке велика вероят-

ность попадания в топливо механических примесей. Это может

быть атмосферная пыль и влага, продукты коррозии, микроорга-

низмы. Размеры их частиц в дизельном топливе обычно достига-

ют

50-60

мкм, и состоят они на

30-70%

из неорганической части

и на

30-70%

из органической. Существует прямая зависимость

между содержанием примесей и запыленностью воздуха и се-

зонной эксплуатации. Содержание примесей может колебаться от

нескольких граммов до 400 г на 1 т

топлива.

При работе дизеля в

условиях сильного

запыления

воздуха содержание механических

примесей в топливном баке к моменту его выработки в 2-3 раза

больше, чем в момент заправки.

В эксплуатации от 30 до 95% отказов дизелей происходит

из-за системы питания. Причина половины отказов систем пи-

тания двигателей - загрязнение топлива. Особенно опасны за-

грязняющие примеси для дизелей, где прецизионные пары -

плунжер и гильза, игла и распылитель - имеют очень высокую

чистоту поверхности и малую величину диаметрального зазора.

Абразивное изнашивание прецизионных пар увеличивает зазор

между гильзой и плунжером, в результате чего снижается дав-

ление впрыска, возрастает утечка топлива и снижается качест-

во его

распыливания.

Примеси, попадая под иглу форсунки, на-

рушают плотность посадки иглы на седло распылителя, вызы-

вают подтекание топлива и дымление дизеля. Твердые частицы

примесей, проходя с большой скоростью через сопла форсунок,

царапают их, что ведет к изменению их формы и размеров. Из-

нашивание прецизионных пар топливной аппаратуры дизелей

провоцируется частицами любого размера, но наиболее опасны

частицы размером

6-12

мкм.

В соответствии с ГОСТ

305-82

массовое содержание механи-

ческих примесей и воды в топливе для быстроходных дизелей

должно быть равно 0. Однако в соответствии с

чувствительно-

2 4 6 8 10

Рис. 4.4. Прибор для определения коэффициента

фильтруемости:

/ - воронка стеклянная цилиндрическая; 2 - трубка стеклянная градуированная.

3 - корпус фильтра; 4 - кран стеклянный; 5 - стакан

Рис. 4.5. Влияние коэффициента фильтруемости

А'ф

на срок службы фильтров л ч

стью метода оценки содержания механических примесей

(ГОСТ 6370-83) и воды (ГОСТ 2477-65) за отсутствие загрязне-

ний принимаются содержание механических примесей до 0,005%

и воды до 0,03% масс.

Несмотря на перечисленные выше нормативы, практика экс-

плуатации автомобильной техники показывает, что они доста-

точно часто превышают допустимый уровень. Например, кон-

центрация механических примесей и воды в топливе на пунктах

заправки автомобилей, а также в баках автомобилей составляет

до 0,06% и до

0,12%

по массе.

Чистоту топлива оценивают коэффициентом фильтруемости

Кф по ГОСТ 19006-73, он характеризует присутствие в топливе

всех видов загрязнений и представляет собой отношение време-

ни фильтрования через фильтр из бумаги БФДТ при атмосфер-

ном давлении десятой порции фильтруемого топлива к первой.

Коэффициент фильтруемости определяют на специальном при-

боре (рис. 4.4). На приборе определяют отношение времени

фильтрования последних 3 мл (десятой порции) ко времени

фильтрования первых 2 мл. Для товарных топлив

не должен

превышать 3 (рис. 4.5). На фильтруемость топлива влияет содер-

жание механических примесей, воды, смолистых веществ, мыл

нафтеновых кислот.

Вода может находиться в дизельном топливе в растворенном

виде или в виде эмульсии и отстоявшегося слоя. Растворяется во-

да в незначительных количествах (при 20

°С

всего 0,005% по мас-

се) и не влияет на прокачивание. Однако в зимнее время выделя-

ющиеся частицы льда оказываются в топливе в устойчиво взве-

шенном состоянии, что при пуске холодного двигателя может

прервать подачу топлива (забиваются фильтры).

Если в топливо попала вода, то при его перекачивании из-за

интенсивного перемешивания жидкости центробежными или ло-

пастными насосами образуется водная эмульсия. Частицы воды

из нее оседают очень медленно, особенно в холодное время года.

Хотя подача топлива при этом и не прерывается, как это случа-

ется при наличии слоя воды в топливном баке, тем не менее вод-

ная эмульсия опасна возникновением коррозии.

Вода в основном ухудшает смазывающие свойства топлива и,

видимо, вызывает

кавитационные

явления. Все это проявляется

практически только на износе направляющей иглы распылителя

и в нарушении ее подвижности. Однако это вполне достаточно,

чтобы нарушить нормальный процесс впрыска топлива. Прове-

денные в МАДИ стендовые исследования показывают, что об-

водненность топлива более 0,05% по массе вызывает износ - на-

рушение подвижности иглы распылителя.

Содержание воды в нефтепродуктах до 0,025% включитель-

но принято называть следами. Однако даже такое ее количество

допустимо только в летних видах дизельного топлива. Заметно

снизить загрязнение и уменьшить содержание воды в дизельном

топливе можно лишь при длительном

(10

суток и более) оттаива-

нии его в складской таре и заборе топлива из верхних слоев.

Вышеперечисленные отрицательные последствия загрязне-

ния топлива можно свести к минимуму его очисткой на различ-

ных этапах поступления к камере сгорания, особенно на топли-

вораздаточных

колонках и в системе питания двигателя.

Для предотвращения загрязнения топлив в период транспор-

тирования, хранения и выдачи потребителям предусмотрена сис-

тема герметизации топливных емкостей и фильтрации топлива

при перекачках. Непосредственно на автомобилях, тракторах и

других видах техники предусмотрена многоступенчатая очистка

топлива: предварительная - в топливном баке, грубая - в фильт-

рах грубой очистки, окончательная - в фильтрах тонкой очист-

ки. На топливных баках в крышках горловин помещают различ-

ные фильтры для очистки воздуха, поступающего в топливный

бак, от примесей.

Наиболее распространенным материалом фильтрующей пе-

регородки в фильтре тонкой очистки дизельного топлива явля-

ется высокопористая бумага, пропитанная смолами. Такой

фильтр имеет относительно небольшую стоимость и обеспечи-

вает необходимую очистку топлива.

Следует отметить, что для повышения надежности топлив-

ной аппаратуры все большее внимание наряду с очисткой от ме-

ханических примесей уделяется обезвоживанию топлива и сни-

жению вредного воздействия смол. В связи с этим к фильтрую-

щим элементам добавляются водоотделяющие или водоотталки-

вающие ступени. В зарубежной практике встречаются топливо-

раздаточные колонки с фильтрами, обладающими водоотделяю-

щими свойствами.

4.2.3. Испаряемость дизельных топлив

Процесс испарения топлива в дизельных двигателях начина-

ется после его впрыска в камеру сгорания и продолжается до его

сгорания. Испарение топлива и образование горючей смеси про-

исходит за очень короткое время -

20—40°

поворота коленчатого

вала или -

0,001-0,004

с.

Горючая смесь в двигателях с неразделенной камерой обра-

зуется непосредственно в камере сгорания, а в

предкамерных

двигателях - в предкамере.

Фракционный состав топлива - по разному воздействует на

двигатели различных типов. Так, двигатели с

предкамерным

вихрекамерным

смесеобразованием вследствие имеющихся разо-

гретых до высокой температуры стенок предкамеры и более бла-

гоприятных условий сгорания менее чувствительны к фракцион-

ному составу топлива, нежели двигатели с непосредственным

впрыском. При наддуве двигателя, обеспечивающего повышен-

ный термический режим камеры сгорания, топлива утяжеленно-

го фракционного состава не мешают его нормальной работе.

Дизельные топлива обладают по сравнению с бензином бо-

лее низкой испаряемостью, поэтому для смесеобразования по-

4. Васильева

Л.С.

Рис. 4.6. Зависимость времени про-

кручивания двигателя при пуске

)|р

от температуры

выкмпания

50%

(об.) топлива

200

225

250 275

50%

,°С

верхность

испарения горюче-

го должна быть как можно

большей. С этой целью топ-

ливо тщательно

распы

ива-

ют, что достигается при его

прохождении с большой ско-

ростью через сопло форсун-

ки. Струя топлива, распадаясь

на отдельные капли диамет-

ром от 0,003 до

0,150

мм, образует факел распыленного топлива.

По диаметру капли распределяются так: вблизи оси факела кон-

центрируются капли более крупного размера, движущиеся с наи-

большей скоростью, а к периферии - плотность, размер и ско-

рость капель уменьшаются. Перемещаясь в среде сжатого горя-

чего воздуха, капли топлива испаряются, их пары, перемешива-

ясь с воздухом, образуют горючую смесь.

Качество смесеобразования определяется не только конст-

рукцией и состоянием топливной аппаратуры дизеля, но и свой-

ствами топлива. Если на

распыливание

(первая стадия смесеоб-

разования) решающее влияние оказывает вязкость топлива, то

на испарение (вторая стадия) - характеризующаяся фракцион-

ным составом, испаряемость топлива (ее определяют при разгон-

ке на стандартном аппарате).

Фракционный состав дизельных топлив оценивают так же,

как и фракционный состав бензинов: температурами выкипания

10, 50 и 90% (об.) топлива. Считается, что кипение заканчивает-

ся при температуре выкипания 96% (об.) топлива. Но показатели

отдельных температур выкипания для оценки эксплуатаци-

онных свойств дизельных топлив и бензинов различны. Пуско-

вые свойства дизельных топлив в какой-то мере характеризует

лишь температура выкипания 50% (об.) топлива.

Время прокручивания двигателя при запуске его на топливе со

средней температурой

кипения

200-225

°С в 9 раз

меньше,

чем на

топливе со средней температурой кипения, равной 285 °С (рис. 4.6).

Топлива, содержащие высококипящие углеводороды, в усло-

виях камеры сгорания во время рабочего процесса испаряются

медленно и неполно. Это затрудняет пуск двигателя, снижает его

экономичность и увеличивает

дымность

отработавших газов. С

другой стороны, если топливо характеризуется значительно об-

легченным фракционным составом, оно способно испаряться в

камере сгорания быстро и полно. Однако из-за плохой самовос-

пламеняемости возникают трудности с пуском двигателя, а после

прогрева работа его становится жесткой. Поэтому дизельные то-

плива должны обладать оптимальной самовоспламеняемостью.

Для летних дизельных топлив, полученных перегонкой неф-

ти, 50% точка выкипания находится в пределах

260-280

°С, для

зимних марок дизельных топлив в пределах

240-260

°С, а темпе-

ратура 90% точки перегонки -

330-360

°С.

4.3. СГОРАНИЕ ТОПЛИВ И ОЦЕНКА

САМОВОСПЛАМЕНЯЕМОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ

На образование горючей смеси и интенсивность ее сгорания

в дизельных двигателях влияют давление, испаряемость топлива,

его химический состав. Температура самовоспламенения топли-

ва и период задержки воспламенения (время с момента начала

подачи топлива до его самовоспламенения) определяются его хи-

мическим составом, имеющим основное значение в рассматрива-

емых процессах.

Процессу самовоспламенения топлива в любом дизеле пред-

шествует период задержки т (от начала подачи / до точки 2, см.

рис. 4.7), когда в камере сгорания происходят физические (рас-

пыл,

перемешивание с воздухом, нагревание, испарение) и слож-

ные химические (различные стадии окисления молекул топлива)

процессы. В результате выделения энергии и накапливания теп-

ла температура повышается, и топливо воспламеняется.

Температурой самовоспламенения топлива называют такую

температуру, до которой необходимо нагреть топливо в смеси с

кислородом воздуха, чтобы начался процесс горения.

Рассмотрим индикаторную диаграмму дизельного двигателя,

приведенную на рис. 4.7. Можно выделить следующие периоды:

начало горения (точка 2), период быстрого горения (от точки 2 до

точки 3), период замедленного горения (от точки 3 до точки

4),

линия расширения (после точки 4), где происходит догорание. Ос-

новное количество тепловой энергии - до 70% выделяется в пери-

од быстрого горения, когда максимальное нарастание давления