Влияние фракционного состава дизельного топлива на работу двигателя

Зависимость фракционного состава современных дизельных топлив от температуры

Дизельные топлива

Дизельные двигатели, в силу особенностей рабочего процесса, на 25. 30 % экономичнее бензиновых двигателей, что и предопределило их широкое применение. В настоящее время они устанавливается на большинство грузовых автомобилей и автобусов, а также на часть легковых.

Эксплуатационные требования к дизельным топливам:

•бесперебойная подача топлива в систему питания двигателя;

•обеспечение хорошего смесеобразования;

•отсутствие коррозии и коррозионных износов;

•минимальное образование отложений в выпускном тракте, камере сгорания, на игле и распылителе форсунки;

•сохранение качества при хранении и транспортировке. Наиболее важными эксплуатационными свойствами дизельного топлива являются его испаряемость, воспламеняемость и низкотемпературные свойства.

Условия смесеобразования в дизеле существенно отличаются от бензинового двигателя. В дизелях рабочая смесь образуется за 20-40° поворота коленчатого вала и составляет 0,001-0,004 с, что примерно в 10-15 раз меньше времени, отводимого на испарение в карбюраторном двигателе. Испарение в дизеле происходит при высокой температуре 600-800°С, при давлении 3,0-50 МПа в конце такта сжатия воздуха. При ограниченном времени однородная качественная горючая смесь может быть получена только при хорошем распыливании и испаряемости топлива.

Испаряемость дизельных топлив в настоящее время оценивается только фракционным составом.

Фракционный состав современных дизельных топлив изменяется в широком интервале температур (табл.11).

Единичные показатели фракционного состава нормируются по-разному в зависимости от состава и предназначения топлива.

Для топлив, включающих бензиновые фракции или газовые конденсаты, с целью ограничения количества легких фракций и улучшения воспламеняемости нормируются температуры начала перегонки и 10 % выкипания. Для топлив с улучшенными экологическими характеристиками нормируется температура выкипания 96 % или конца кипения. Испаряемость топлив из прямогонных соляровых фракций оптимизируется двумя точками фракционного состава: 50 % и 90 % выкипания.

В связи с тем, что при атмосферном давлении трудно определить температуру конца кипения или 96 % выкипания, в некоторых стандартах определяют температуру перегонки 90 % или 85 % топлива.

Характеристики фракционного состава дизельного топлива оценивают не только испаряемость топлива и качество смесеобразования, но и другие эксплуатационные свойства: воспламеняемость, склонность к образованию отложений и др.

Облегчение фракционного состава, т. е. снижение температуры начала перегонки и 10 % выкипания, а также снижение температуры перегонки 96 %, кроме жесткой работы двигателя затрудняет его пуск и прогрев из-за увеличения теплоты испарения топливовоздушной смеси, снижения температуры в камере сгорания и возрастания периода задержки воспламенения легких углеводородов по сравнению с тяжелыми [2].

Утяжеление фракционного состава, т. е. повышение температуры выкипания 90 % и 96 %, приводит к неполному испарению топлива в процессе смесеобразования, и снижению теплоты сгорания тяжелых углеводородов по сравнению с легкими, и ухудшению экономичности двигателя. Несгоревшие тяжелые фракции топлива, стекая по стенкам цилиндра, смывают масло и увеличивают износ цилиндро-поршневой группы, а также вызывают разжижение масла в картере двигателя. Тяжелые фракции дизельного топлива положительно влияют на его воспламеняемость за счет снижения температуры самовоспламенения нестабильных тяжелых углеводородов.

Таким образом, недостаточную самовоспламеняемость легких фракций в дизельном топливе в определенной степени можно компенсировать хорошей самовоспламеняемостью тяжелых фракций углеводородов алканового строения.

Исходя из этого, перспективным решением топливной проблемы дизелизации автомобильного парка является использование единого дизельного топлива с температурой начала кипения 60-80°С и температурой перегонки 90% -360°С.

Воспламеняемость дизельного топлива характеризует его способность к самовоспламенению в камере сгорания. Это свойство в значительной мере определяет подготовительную фазу процесса сгорания — период задержки воспламенения, который, в свою очередь, складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешение паров топлива с воздухом (физическая составляющая), а также времени, необходимого для завершения предпламенных реакций и формирование очагов самовоспламенения (химическая составляющая).

Читайте также:  Схема подключения тахометра на дизельном двигателе камаз

Физическая составляющая времени задержки воспламенения зависит от конструктивных особенностей двигателя, а химическая — от свойств применяемого топлива. Длительность периода задержки воспламенения существенно влияет на последующее течение всего процесса сгорания. При большой длительности периода задержки воспламенения увеличивается количество топлива, химически подготовленного для самовоспламенения. Сгорание топливовоздушной смеси в этом случае происходит с большей скоростью, что сопровождается резким нарастанием давления в камере сгорания. В этом случае дизель работает «жестко».

«Жесткость» работы оценивают по нарастанию давления на 1° поворота коленчатого вала (KB). Двигатель работает мягко при нарастании давления 2,5. 5,0 кгс/см 2 на 1 0 поворота KB, жестко — при 6. 9 кгс/см 2 , очень жестко — при нарастании давления более 9 кгс/см 2 . При жесткой работе поршень подвергается повышенному ударному воздействию. Это ведет к повышенному износу деталей кривошипно-шатунного механизма, снижает экономичность двигателя.

Склонность дизельных топлив к самовоспламенению оценивают по цетановому числу (ЦЧ).

ЦЧ — это условный показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный объемному проценту цетана в эталонной смеси с альфаметилнафталином, которая равноценна по воспламеняемости испытуемому топливу.

Для определения ЦЧ составляют эталонные смеси. В их состав входят цетан и а-метилнафталин. Склонность цетана к самовоспламенению принимают за 100 единиц, а альфаметилнафталина -за 0 единиц. Цетановое число смеси, составленной из них, численно равно процентному содержанию (по объему) цетана.

Оценку самовоспламеняемости дизтоплива производят аналогично методу оценки детонационной стойкости бензинов. Образец сопоставляется с эталонными топливами на одноцилиндровых двигателях ИТ-9.

Самовоспламеняемость диз. топлива влияет на их склонность к образованию отложений, легкость пуска и работу двигателя. Для современных быстроходных дизелей применяются топлива с ЦЧ=45. 50. Применение топлив с ЦЧ ниже 40 ведет к жесткой работе двигателя. Повышение ЦЧ выше 50 нецелесообразно, так как из-за малого периода задержки самовоспламенения топливо сгорает, не успев распространиться по всему объему камеры сгорания. При этом воздух, находящийся далеко от форсунки, не участвует в горении, поэтому топливо сгорает не полностью. Экономичность дизеля ухудшается, наблюдается дымление.

ЦЧ влияет на пусковые качества дизтоплива. При высоких ЦЧ время пуска снижается, особенно при низких температурах.

ЦЧ может быть повышено двумя способами: регулированием углеводородного состава и введением специальных присадок.

1-й способ. В порядке убывания ЦЧ углеводороды располагаются следующим образом: нормальные парафины — изопарафины — нафтены -ароматические. ЦЧ можно существенно повысить, увеличивая концентрацию нормальных парафинов и снижая содержание ароматических.

2-й способ более эффективен. Вводят специальные кислородосодержащие присадки — органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты и др. Эти присадки являются сильными окислителями и способствуют зарождению и развитию процесса горения. Пример:

добавление 1 % изопропилнитрата повышает ЦЧ на 10. 12 единиц. Кроме того, эта присадка улучшает пусковые качества при низкой температуре и снижает нагарообразование.

Низкотемпературные свойства. При низких температурах высокоплавкие углеводороды, прежде всего нормальные парафины, кристаллизуются. По мере понижения температуры дизельное топливо проходит через три стадии; вначале мутнеет, затем достигает так называемого предела фильтруемости и, наконец, застывает. Связано это с тем, что сначала в топливе появляются разрозненные кристаллы, которые оседают на фильтрах и ухудшают подачу топлива. При дальнейшем охлаждении теряется подвижность нефтепродуктов вследствие образования из кристаллизующихся углеводородов каркаса.

Показатели, характеризующие начало кристаллизации углеводородов в топливе и потерю их подвижности, стандартизованы.

Температурой помутнения называют температуру, при которой дизтопливо теряет прозрачность в результате выпадения кристаллов углеводородов и льда. Бесперебойная работа двигателя обеспечивается при температуре помутнения топлива на 5. 10°С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль.

Температурой застывания называют температуру, при которой диз. топливо теряет подвижность, что определяют в стандартном приборе, наклоненном под углом 45° к горизонтали, в течение 1 мин. Дизель работает бесперебойно при температуре застывания топлива на 5. 10°С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль.

Читайте также:  Какие есть двигатели зид

На нефтеперерабатывающих заводах температуру помутнения и температуру застывания понижают удалением избытка высокоплавких углеводородов (депарафинизация).

В эксплуатации такого же эффекта добиваются добавлением реактивного топлива. Например, при добавке 25 % топлива Т-1 температура застывания летнего дизтоплива снижается на 8. 12 °С.

Низкотемпературные свойства дизельного топлива могут быть улучшены путем добавления присадок-депрессаторов (присадка «А», АзНИИ-ЦИАТИМ-1, полиметакрилат «Д»).

Ассортимент дизельных топлив:

•ДЛ — дизельное летнее — для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже 0 0 С;

•ДЗ — дизельное зимнее — для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже –30 0 С;

•ДА — дизельное арктическое — для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -50 0 С [5].

В 1999 г. Европейским Комитетом по Стандартизации (CEN) принят стандарт «Моторные топлива для двигателей внутреннего сгорания — дизель — требования и методы испытаний» prEN 590, регламентирующий требования и методы испытаний, относящиеся к реализуемому на рынках автомобильному дизельному топливу. В соответствии с prEN 590 определены общие нормы для автомобильного дизельного топлива (табл. 12). Кроме этого, дизельные топлива подразделяются на 6 сортов в зависимости от климатических условий применения для умеренного климата и 5 классов для арктического климата (табл. 13).

Дата добавления: 2014-01-15 ; Просмотров: 2194 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Фракционный состав — дизельное топливо

Фракционный состав дизельного топлива также оказывает большое влияние на скорость его испарения и образования смеси с воздухом после впрыска. Однако облегчение фракционного состава ухудшает воспламенительные свойства дизельного топлива. [1]

Фракционный состав дизельного топлива так же, как и бензина, определяют ( ГОСТ 2177 — 82) нагреванием 100 мл топлива в специальном приборе; образующиеся пары охлаждают, конденсат собирают в мерный цилиндр. В процессе разгонки фиксируют температуру выкипания 50 и 96 % топлива. [3]

Фракционный состав дизельных топлив оценивают так же, как и фракционный состав бензинов: температурами выкипания 10, 50 и 90 % ( об.) топлива. За конец кипения принимают температуру выкипания 96 % ( об.) топлива. Однако значения отдельных температур выкипания для оценки эксплуатационных свойств дизельных топлив и бензинов существенно различны. Пусковые свойства дизельных топлив в какой-то мере характеризует лишь температура выкипания 50 % ( об.) топлива. Применение очень легких топлив при низких температурах воздуха не облегчает, а наоборот, затрудняет пуск двигателя. Дело в том, что на испарение большого количества легких фракций топлива затрачивается тепло, вследствие чего снижается температура в конце сжатия и скорость протекания предпламен-ных реакций уменьшается. [4]

Фракционный состав дизельных топлив имеет важное значение для работы дизеля. При увеличении содержания легких фракций в дизельном топливе повышается критическое давление воспламенения рабочей смеси, появляются стуки в цилиндрах и разжижается картерное масло. Слишком тяжелые ф ракции сгорают неполно и увеличивают отложение нагара в камере сгорания. Газойлевые фракции прямой перегонки парафинистых нефтей имеют высокие цетановые числа, сгорают в дизеле плавно, без стуков и являются хорошим топливом для быстроходных дизелей. Фракции же вторичного происхождения, содержащие значительное количество ароматических и олефиновых углеводородов, имеют низкие цетановые числа, сгорают в дизеле со стуком и дают большое отложение нагара на поршнях, клапанах и стенках камеры сгорания двигателя. Поэтому газойли, получаемые при вторичных процессах переработки нефти, в чистом виде в быстроходных дизелях не применяют, их в небольших количествах ( до 20 %) добавляют к дизельным топл ивам прямой перегонки. [6]

Фракционный состав дизельного топлива косвенно характеризует его испаряемость. Топливо с облегченным фракционным составом легче испаряется. Для автомобильных дизелей наиболее удовлетворительным является топливо, состоящее из фракций, выкипающих при температурах 200 — 360 С. Чем уже интервал температур, в котором выкипает топливо, тем лучше процесс его сгорания в двигателе. [7]

Читайте также:  Корабельный двигатель расход топлива

Фракционный состав дизельного топлива характеризует наличие в нем спектра углеводородов. В стандартную колбу наливают 100 мл топлива и нагревают. Испарившуюся часть топлива конденсируют в специальном приемнике-холодильнике. При этом отмечают, какая часть топлива перегналась из колбы в приемник при заданной температуре. [8]

Фракционный состав дизельного топлива также оказывает серьезное влияние на скорость его испарения и образования смеси с воздухом после впрыска. Однако облегчение фракционного состава ухудшает воспламенительные свойства дизельного топлива. Хотя условия испарения топлива в двигателях резко отличны от условий перегонки в стандартном аппарате, испытания различных топлив в дорожных и летных условиях дали возможность установить определенную связь между нормируемыми температурами при стандартной разгонке и поведением топлива в двигателе. [9]

Фракционный состав дизельного топлива , определяемый по ГОСТ 2177 — 59, в значительной мере влияет на важный показатель дизельного топлива — вязкость. [10]

Фракционный состав дизельного топлива влияет на полноту сгорания, условия распыливания, дым-ность выхлопа, степень нагарообразования. При высоком содержании легких фракций увеличивается давление сгорания, двигатель работает более жестко. В то же время утяжеление топлива ухудшает условия распыливания, уменьшает скорость образования рабочей смеси, приводит к повышенному дымлению и снижению экономичности двигателя. Оптимальный фракционный состав диктуется конструктивными особенностями дизелей и условиями их эксплуатации. Стандартом на дизельное топливо установлены следующие ограничения по температуре перегонки 50 % и 96 % ( соответственно): для летнего дизтоп-лива — не выше 280 С и 360 С, для зимнего дизтоплива — не выше 280 С и 340 С, для арктического дизтоплива — не выше 255 С и 330 С. [11]

Фракционный состав дизельных топлив оценивается теми же характерными температурами перегонки фракций, что и у бензинов. [12]

Фракционный состав дизельных топлив является показателем их испаряемости. В дизельном двигателе испарение топлива происходит в среде очень сильно нагретого воздуха. Поэтому, несмотря на слишком малое время для смесеобразования, большая часть топлива успевает испариться и образовать рабочую смесь. При этом фракции топлива с очень низкими температурами перегонки плохо воспламеняются. Следовательно, дизельное топливо должно иметь оптимальный фракционный состав, чтобы он не затруднял испарения и не ухудшал воспламеняемости. [13]

Фракционный состав дизельного топлива влияет на полноту сгорания, условия распыливания, дым-ность выхлопа, степень нагарообразования. При высоком содержании легких фракций увеличивается давление сгорания, двигатель работает более жестко. В то же время утяжеление топлива ухудшает условия распыливания, уменьшает скорость образования рабочей смеси, приводит к повышенному дымлению и снижению экономичности двигателя. Оптимальный фракционный состав диктуется конструктивными особенностями дизелей и условиями их эксплуатации. Стандартом на дизельное топливо установлены следующие ограничения по температуре перегонки 50 % и 96 % ( соответственно): для летнего дизтоп-лива — не выше 280 С и 360 С, для зимнего дизтоплива — не выше 280 С и 340 С, для арктического дизтоплива — не выше 255 С и 330 С. [14]

Фракционный состав дизельного топлива также оказывает большое влияние на скорость его испарения и образования смеси с воздухом после впрыска. Однако облегчение фракционного состава ухудшает воспламенительные свойства дизельного топлива. Хотя условия испарения топлива в двигателях резко отличны от условий перегонки в стандартном аппарате, однако при испытаниях различных топлив в дорожных и летных условиях была найдена определенная связь между нормируемыми температурами при стандартной разгонке и поведением топлива в двигателе. Это и дает возможность устанавливать необходимые требования к фракционному составу топлив, предназначенных для различных двигателей. [15]

Источник

Adblock
detector