Фракционный состав дизельного топлива и его характеристики

Фракции продуктов переработки нефти, выкипающие до 390 °С, используются в качестве моторно­го топлива в двигателях с внутренним смесеобразованием и воспламенением го­рючей смеси от нагретого сильным сжати­ем воздуха (дизелях).

Процесс смесеобразования в дизелях в значительной степени предопределяет ход рабочего процесса в целом, его эффективность и экономичность. Большое влияние на прохождение процесса смесе­образования оказывают вязкость и фрак­ционный состав дизельного топлива.

Отклонение вязкости дизельного топли­ва от установленной для данного двигате­ля вызывает изменение цикловой подачи топлива и фаз впрыскивания (начала, конца и продолжительности подачи топли­ва). При увеличении вязкости (при том же положении регулирующего органа) повы­шается расход впрыскиваемого топлива вследствие уменьшения утечек его через зазоры плунжерной пары в ходе нагнета­ния. Одновременно возрастает угол опере­жения впрыскивания топлива. Кроме того, с повышением вязкости ухудшается ка­чество распыливания топлива, увеличива­ются неоднородность размеров и средний диаметр капель, а также глубина проник­новения факела распылённого топлива в воздушный заряд цилиндра; угол конуса топливного факела уменьшается. Особен­но чувствительны к изменению вязкости топлива двигатели с неразделёнными ка­мерами сгорания, форма и размеры кото­рых согласованы с формой и направлени­ем факелов топлива.

Фракционный состав дизельных топлив оценивают теми же характерными темпе­ратурами перегонки фракций, что и бензи­нов (табл.).

Температура перегонки 10 % топлива характеризует содержание углеводородов, легко испаряющихся в условиях цилиндра двигателя. Чрезмерное содержание легко­испаряющихся углеводородов увеличивает интенсивность испарения распылённого топлива и массы подготовленной к вос­пламенению горючей смеси, что вызывает повышение скорости нарастания давления газов в цилиндре. Работа двигателя при этом сопровождается повышенным меха­ническим шумом, вибрациями и интенсив­ным износом деталей.

Для повышения детонационной стойкости бензинов в них вводят в качестве компонентов высокооктановые кислородосодержашие соединений (спирты и эфиры. воду).Дизельные топлива являются одновременно смазочным матери­алом для движущихся деталей топливной аппаратуры высокого давления. Для предотвращения чрезмерного износа трущихся пар необходимо применять топливо с определённой минимальной вязкостью.

Температура перегонки 50 % топлива характеризует равномерность распределения углеводородов, полностью испаряющихся в процессе смесеобразова­ния.Температура перегонки 90 % топлива характеризует содержание трудноиспаряющихся углеводоро­дов, при чрезмерном содержании в которых уменьшается скорость испарения распы­лённого топлива, что может привести к не­полному испарению отдельных капель топлива и неполноте их сгорания; при этом мощность и экономичность двига­теля понижаются, увеличиваются отложе­ние нагара в камере сгорания, дымность и токсичность отработавших газов.

Фракционный состав топлива особенно большое значение имеет для высокообо­ротных дизельных двигателей с неразделенными ка­мерами сгорания. Малооборотные двигатели менее чувствительны к фракционному составу топлива вследствие большого времени, отводимого на процессы смесеобразования.

С целью увеличения ресурсов топлив, используемых в автотракторных дизелях, разработаны топлива расширенного фракционного состава. Эти топлива состоят из бензиновых фракций, выкипающих при 62-180 °С, и дизельных фракций, конец кипения которых ограничивается в зависимости от климатических условий и времени года применения топлив.

Склонность к воспламенению является одним из важнейших показателей качест­ва топлив для дизелей. От неё зависит длительность периода от начала впрыски­вания топлива в цилиндр до момента на­чала подъема давления в нём в результате выделения теплоты и расширения газов при горении топли­ва — период задержки воспламенения. Топлива с большой склонностью к вос­пламенению обеспечивают более благоп­риятное протекание процесса сгорания без резкого повышения давления и появления в связи с этим стуков в цилиндре. Вос­пламеняемость дизельных топлив зависит от группового химического состава. Наи­большей склонностью к воспламенению обладают углеводороды нормального па­рафинового ряда (воспламеняемость цетана принимается за 100 единиц), наимень­шей — углеводороды ароматического ряда (воспламеняемость альфа-метилнафталина - 0 единиц); нафтеновые углеводоро­ды по этому свойству занимают промежу­точное положение.

Склонность к воспламенению дизельных топлив оценивают цетановым числом, ко­торое определяют на специальном двига­теле при стандартных условиях испыта­ния. Цетановым числом называется про­центное (по объёму) содержание цетана в смеси с альфа-метилнафталином, кото­рая имеет такую же склонность к вос­пламенению, как данное топливо. Напри­мер, если исследуемое топливо имеет та­кую же склонность к воспламенению, как смесь, содержащая 45 % цетана и

55 % a-метилнафталина, то его цетановое число равно 45. При недостаточном цетановом числе топлива возрастает период задержки воспламенения, в течение кото­рого происходит подготовка топлива к сго­ранию. Увеличение периуда задержки воспламенения подготовленной к сго­ранию рабочей смеси может вызвать, так же как и наличие более лёгких фракций, нежелательное повышение скорости на­растания давления в цилиндре и шума при работе двигателя.

Чрезмерное уменьшение периода задер­жки воспламенения топлива вследствие увеличе­ния цетанового числа также не­целесообразно, так как в этом случае вос­пламенение топлива происходит до рас­пределения капель топлива в воздушном заряде, что приводит к росту неполноты сгорания. В связи с этим цетановые числа дизельных топлив составляют 40-55 единиц.

Возможность применения дизельных топлив в различных климатических усло­виях характеризуется либо температурой кристаллизации,(при которой выделяющиеся из топлива кристаллы растворённых пара­финовых углеводородов, имеющих высо­кую температуру кипения, затрудняют его подачу из бака через фильтры к форсунке), либо температурой застывания, (при кото­рой во всем объёме топлива образуется кристаллический каркас, препятствующий движению жидких углеводородов).

Свойства топлива при низкой температуре зависят в основном от содержания в нём растворённых углеводородов нормального парафинового ряда, имеющих высокую температуру кипения. При низкой температуре происходит кристаллизация этих углеводородов.

Топливо для дизелей, эксплуатирую­щихся при температуре окружающего воз­духа от 0 °С и выше, обозначают буквой Л (летнее), от ® 20 °С и выше – буквой З (зимнее), от ®50 °С и выше – буквой А (арктическое). В маркировке дизельного топлива указывают также допустимую массовую долю серы, (в %). В обозначение дополни­тельно вводят для летнего дизельного топлива темпе­ратуру вспышки, характеризующую его пожарную безопасность, а для зимнего дизельного топлива — температуру застывания. На­пример, марка Л-0,2-40 означает, что топ­ливо летнее, с массовой долей серы до 0,2 % и температурой вспышки 40 °С, а марка 3-0,2-35 – что дизельное топливо зимнее, с массовой долей серы - до 0,2 % и темпера­турой застывания –35 °С. Для арктиче­ского дизельного топлива указывают только допусти­мую массовую долю серы А-0,4.

Температура застывания различных дизельных топлив находится в пределах от -60 (ДА - арктическое дизельное топливо для быстроходных дизелей) до 10 °С (моторное топливо для судовых малооборотных дизелей).

Фракционный состав дизельного топлива наряду с цетановым числом яв­ляется одним из наиболее важных показателей качества топлива. Он оказывает влияние на расход топлива, дымность выпуска, легкость пуска дизе­ля, износ трущихся деталей, нагарообразование и -закоксование форсунок, пригорание поршневых колец. Чувст­вительность рабочего процесса дизеля к фракционному составу топлива во многом зависит от типа смесеобразо­вания. Чем выше давление, температура и интенсивность вихревого движения заряда топлива, тем меньше сказывается влияние его фракционного состава на процессе сгорания. Для быстроходных дизелей требует­ся топливо более лёгкого фракционного состава, чем для тихоходных.

О фракционном составе дизельных топлив судят так же, как и о фракционном составе бензинов: по результа­там перегонки топлива, осуществляемой в лабораторных условиях в стандартной аппаратуре.

Для дизельных топлив не установлена ко­личественная зависимость между показателями фракци­онного состава и их эксплуатационными свойствами, хо­тя в ряде случаев наблюдаются определённые законо­мерности. Так, например, применение дизельного топлива с более тяжёлым фракционным составом, чем требу­ется, может привести к увеличению расхода топлива, ухудшению пуска двигателя, повышению нагарообразования и закоксовыванию форсунок, к повышенному износу деталей и увеличению дымности отработавших газов (рис. 3-5).

Рис. 3. С утяжелением фракционного состава топлива уве­личивается его удельный расход

50°/о топлива выкипает при температуре

Увеличение зазора в замке кольца

Рис. 4. С утяжелением фракционного состава дизельного топлива увеличивается износ верхних компрессионных порш­невых колец

Рис. 5. Чем тяжелее топливо по фракционному составу, тем сильнее будет дымить дизель

Чрезмерное облегчение фракционного состава топли­ва оказывается не менее вредным, чем чрезмерное утя­желение. С облегчением фракционного состава топ­лива, изготавливаемого из одного и того же сырья:

· снижается цетановое число;

· уменьшается вязкость топлива, а при низкой вязкости резко возрастает износ топливоподающей аппаратуры и увеличивается утечка топлива из системы;

· увеличивается жёсткость работы дизеля, так как в ка­мере сгорания увеличивается количество подготовлен­ной к воспламенению смеси; одновременно ухудшаются и пу­сковые свойства топлива.

Поиск по сайту: