Файл: Топливо и смазочные материалы.pdf

37 двигатели отличаются высокой экономичностью, так как работают с более высокими степенями сжатия (12 ... 20 вместо 4 ... 10) и коэффи- циентом избытка воздуха =1,4... 1,5. Вследствие этого удельный расход топлива у них на 25 ... 30 % ниже, чем у карбюраторных двигателей.
Дизельные двигатели более надежны в эксплуатации и более долговечны, они обладают лучшей приемистостью, т.е. легче набирают обороты и преодолевают перегрузки. В то же время, дизели отличаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами и меньшей мощностью на единицу веса. Но, исходя из более экономичной и надежной работы, дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.
Для обеспечения долговечной и экономичной работы дизельного двигателя дизельное топливо должно отвечать следующим требованиям:
- обеспечение тонкого распыла, хорошее смесеобразование и воспламеняемость; полное сгорание топлива и мягкая работа двигателя;
- обладать соответствующей вязкостью;
- иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах окружающего воздуха;
- предотвращение нагарообразования на клапанах, поршнях и поршневых кольцах, зависания игл и закоксовывания распылителей форсунок;
- не содержать сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды.
- отсутствие коррозионного воздействия на детали двигателя, топливоподающую систему, топливопроводы и топливные баки;
- высокая химическая стабильность.
3.2 СВОЙСТВА ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ
К свойствам дизельных топлив, отвечающим всем эксплуатационным требованиям, относятся: цетановое число, вязкость и плотность, низкотемпературные свойства, фракционный состав и испаряемость, противокоррозионные свойства и стабильность топлива, наличие механических примесей и воды, удовлетворение экологических требований.
Самовоспламеняемость дизельного топлива (цетановое число).
Свойство дизельного топлива, характеризующее мягкую или жесткую работу дизеля, оценивают по его самовоспламеняемости. Эту характеристику определяют путем сравнения дизеля на испытуемом и

38 эталонном топливе. Оценочным показателем служит цетановое число топлива.
Топливо, поступающее в цилиндры дизеля, воспламеняется не мгновенно, а через некоторый промежуток времени, который называется периодом задержки самовоспламенения. Чем он меньше, тем за меньший промежуток времени топливо сгорает в цилиндрах дизеля. Давление газов нарастает плавно, и двигатель работает мягко
(без резких стуков).
При большом периоде задержки самовоспламенения топливо сгорает за короткий промежуток времени, давление газов нарастает почти мгновенно, поэтому дизель работает жестко (со стуком). Чем выше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения дизельного топлива, тем мягче работает двигатель.
Самовоспламеняемость дизельного топлива оценивается обычно путем сравнения ее с самовоспламеняемостью эталонных топлив. В качестве эталонных топлив используется нормальный парафиновый уг- леводород цетан
, имеющий малый период задержки самовоспламенения (самовоспламеняемость цетана условно принята за
100) и ароматический углеводород -метилнафталин
, который имеет большой период задержки самовоспламенения
(самовоспламеняемость его условно принята за 0).
Цетановое число топлива численно равно процентному содержанию цетана в его смеси с а-метилнафталином, которая по характеру сгорания (по самовоспламеняемости) равноценна испытуемо- му топливу. Используя эталонные топлива, можно получать смеси с любыми цетановыми числами от О до 100.
Цетановое число можно определить тремя способами: по совпадению вспышек, по запаздыванию самовоспламенения и по критической степени сжатия. Цетановое число дизельных топлив обычно определяют по методу "совпадения вспышек" на установках
ИТ9-3, ИТ9-ЗМ или ИТД-69 (ГОСТ 3122-67). Это одноцилиндровые четырехтактные двигатели, оборудованные для работы с воспламенением от сжатия. Двигатели имеют переменную степень сжатия =7 ... 23. Угол опережения впрыска топлива устанавливается равным 13° до верхней мертвой точки (В.М.Т). Изменением степени сжатия добиваются, чтобы воспламенение происходило строго в В.М.Т.
При определении цетанового числа дизельных топлив частота вращения вала одноцилиндрового двигателя должна быть строго постоянной (п =
900 ± 10 об/мин).
После этого подбирают два образца эталонных топлив, один из которых дает совпадение вспышек (т.е. задержку самовоспламенения,

39 равную 13°) при меньшей степени сжатия, а второй - при более высокой степени сжатия.
Путем интерполяции находят смесь цетана с а - метилнафталином, эквивалентную испытываемому топливу, и таким образом устанавливается его цетановое число.
Цетан и а-метилнафталин довольно дороги, поэтому в качестве вторичных топлив используются парафинистый газойль с ЦЧ = 55 и зеленое масло с ЦЧ = 20. Вторичные эталонные топлива тарируются по первичным.
Цетановое число топлив зависит от их улеводородного состава.
Наиболее высокими цетанововыми числами обладают парафиновые углеводороды нормального строения. Самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов.
Оптимальным цетановым числом дизельных топлив является 40 -
50. Применение топлив с ЦЧ < 40 приводит к жесткой работе двигателя, а ЦЧ > 50 - к увеличению удельного расхода топлива за счет уменьшения полноты сгорания. Летом можно успешно применять топлива с ЦЧ равным 40, а зимой для обеспечения холодного пуска двигателя требуется ЦЧ > 45.
Применение дизельного топлива с цетановым числом менее 40 ед. приведет к увеличению периода задержки самовоспламенения и возникновению жесткой работы, а выше 50 ед. - нецелесообразно, так как при этом возрастает расход топлива из-за уменьшения полноты его сгорания, повышается дымность отработавших газов.
Для повышения цетанового числа дизельного топлива к нему добавляют специальные высокоцетановые присадки: синтин (продукт синтеза окиси углерода и водорода), перекис углеводородов, нитросоединения. Однако они широкого распространения не получили из-за невысокой стабильности при хранении, и большой взрывоопастности.
Вязкость и плотность дизельных топлив
Вязкость и плотность дизельных топлив влияют на процессы испарения и смесеобразования.
Пониженное или повышенное значение кинематической вязкости
(для топлив различных марок оптимальное значение лежит в пределах
1,5-6,0 мм
2
/с) приводит к нарушению работы топливоподающей аппаратуры, а также процессов смесеобразования и сгорания рабочей смеси.
При пониженной вязкости топливо вытекает через зазоры в плунжерных парах топливного насоса высокого давления, вследствие чего изменяется его дозировка, уменьшается цикловая подача,

40 снижается давление впрыска, увеличивается нагарообразование.
Снижение вязкости топлива ухудшает и его смазочные свойства, что приводит к увеличению интенсивности изнашивания прецизионных плунжерных пар ТНВД, так как их износ определяется физическим состоянием топлива. Кроме того, при этом увеличивается опасность подтекания и просачивания маловязкого топлива и, как следствие, роста его расхода. Падение мощности двигателя может быть вызвано снижением цикловой подачи топлива.
Повышенная вязкость топлива приводит к ухудшению качества смесеобразования, при распылении образуются крупные капли и длинная струя с малым углом. При этом продолжительность процесса испарения возрастает, топливо сгорает не полностью, увеличивается его расход, повышается нагарообразование, возникает дымление (цвет отработавших газов становится темным).
Более мелкие и однородные по составу капли рабочей смеси улучшают процессы испарения, смесеобразования и сгорания, что характерно для распыления дизельного топлива с кинематической вязкостью 2,5-4,0 мм
2
/с при температуре +20 0
С. Топливо с такой вязкостью при отрицательных температурах сохраняет такие эксплуатационные свойства, как текучесть и проходимость по трубо- проводам, через фильтры тонкой очистки и насос высокого давления.
Поскольку с понижением температуры вязкость значительно возрастает, существенно ухудшаются пусковые свойства топлива, особенно в холодное время года.
Плотность дизельного топлива нормируется (в отечественных стандартах) при температуре +20 0
С: для летнего топлива — не более
860 кг/м
3
, зимнего — не более 840 кг/м
3
и арктического — не более 830 кг/м
3
В зарубежных стандартах плотность нормируется при температуре
+15 °С. По европейскому стандарту EN 590 плотность летних дизельных топлив должна составлять 820-850 кг/м
3
, зимних — 800-845 кг/м
3
Низкотемпературные свойства дизельного топлива.
Низкотемпературные свойства дизельных топлив, характеризуемые температурами помутнения и застывания, оценивают, устанавливая предельно низкую температуру окружающей среды (воздуха), при которой его подача из топливного бака к двигателю происходит бесперебойно.
Температурой помутнения называется температура, при которой топливо теряет прозрачность в результате выпадения кристаллов н- парафиновых углеводородов или микрокристаллов льда, но не теряет

41 текучести.
Микрокристаллы высокоплавких углеводородов образуют в фильтре тонкой очистки непроницаемую для топлива парафиновую пленку, в результате чего подача топлива прекращается. Чаще всего это проявляется при пуске и прогреве дизеля, так как в это время в подкапотном пространстве еще сохраняется низкая температура.
Бесперебойная подача обеспечивается при температуре помутнения топлива на 5-10 °С ниже температуры окружающего воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль.
Температурой застывания называется температура, при которой дизельное топливо не обнаруживает подвижности (текучести) при наклоне под углом 45° в течение 1 мин. Подвижность топлива определяют в стандартном приборе. Восстановить текучесть на некоторое время можно перемешиванием застывшего топлива, однако затем оно обычно вновь застывает.
Разница между температурой помутнения и застывания составляет
5-15 0
С в зависимости от химического состава топлива. Например, для летнего дизельного топлива (с температурой конца перегонки 360 °С) при использовании его в умеренной климатической зоне температура помутнения равна -5 °С, а температура застывания равна -10 °С. Для зимнего топлива (с температурой конца перегонки 340 °С) в той же климатической зоне температура помутнения составляет -25 °С, а температура застывания -35 0
С.
Для экологически чистых дизельных топлив введен дополнительный показатель, определяющий температуру предельной фильтруемости. Данную температуру определяют путем прямой фильтрации топлива при заданной температуре или в определенном интервале температур. Температура предельной фильтруемости для летнего дизельного топлива составляет -5 °С, а для зимнего -25 °С.
Учитывая, что в нашей стране преобладает холодный климат, для зимних и арктических марок дизельных топлив установлены требования к низкотемпературным свойствам, которые приведены в табл. 1.8.
Низкотемпературные свойства дизельных топлив улучшают двумя способами: удалением из их состава высокоплавких парафинов нормального строения или добавлением в них депрессорных присадок.
Дизельные топлива с депрессорными присадками, выпускаемые в соответствии с
ТУ
38.101889-81, маркируют как
ДЗп.
Низкотемпературные свойства таких дизельных топлив также приведены в таблице 8. Добавление депрессорных присадок в дизельное топливо приводит к снижению температуры застывания с -10 °С до -35
"С и снижению предельной (соответствующей температуре применения

42 топлива) температуры фильтрации с -5 'С до -20 °С.
Таблица 8
Требования к низкотемпературным свойствам дизельных топлив
Марка топлива
Температура, °С не выше применения
(окружающего воздуха) помутнения застывания фильтруемо сти
3 минус 35
-20
-25
-35
-
3 минус 45
-30
-35
-45
-
А минус 55
-50
-
-55
-
ДЗп —5/-15
-15
-5
-30
-15
ДЗп - 15/-25
-25
-15
-35
-25
ДЗп - 25/-35
-35
-25
-45
-35
ДЗп — 35/-50
-50
-35
-55
-
Депрессорные присадки (жидкость «И») и ТГФ-М существенно снижают температуру застывания и предельную температуру фильтруемости и практически не изменяют температуру помутнения.
В настоящее время появилась возможность использовать летние марки дизельного топлива зимой при температуре до минус 30 °С, добавляя в топливо депрессорную присадку "Аспект-Д". Присадка до- пущена к применению научно-исследовательским институтом автомобильного транспорта, НАМИ, Министерством топлива и энергетики, Министерством сельского хозяйства, Министерством обороны России. Присадка "Аспект-Д", а также гамма других препаратов под фирменным названием "Аспект-модификатор" выпускается АО "АМТЕК"
Депрессорная присадка "Аспект-Д" обеспечивает надежность работы двигателя на летнем дизельном топливе в зимний период, снижает температуру застывания дизельного топлива на 10 ... 20 °С, полностью растворяется в дизельном топливе. Присадка заливается в летнее топливо из расчета 0,05 ... 0,1 % объема.
При увеличении дозы до 0,3 % объема температура застывания топлива снижается до -25 ... 30 °С.
Присадку следует добавлять в топливо, в котором нет выпавших кристаллов парафина.
Низкотемпературные свойства дизельных топлив после введения в

43 них депрессорной присадки «Аспект-Д» приведены в таблице 9. Кроме того, введение присадки
«Аспект-Д» снижает токсичность отработавших газов (по углеводородам на 20-30 %, по оксидам углерода и азота — на 5 %) и дымность (в среднем на 40 %), расход топлива до 3
%, увеличивает ресурс дизеля на 30 %.
Некоторые присадки к дизельным топливам снижают только температуру застывания, но не влияют на температуру фильтруемости, что приводит к образованию в топливных баках двух слоев: верхнего
(прозрачного) слоя, обладающего пониженным цетановым числом, и нижнего (мутного), содержащего мелкие кристаллы парафина.
При отсутствии зимнего («3») и арктического («А») товарных дизельных топлив допускается разбавление летнего («Л») и зимнего топлив тракторным керосином в соотношениях, приведенных в таблице
10. Однако следует помнить, что разбавленное керосином дизельное топливо теряет часть своих смазывающих свойств, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей топливной аппаратуры. Кроме того, такое топливо более пожароопасно.
Допускается также добавление в дизельное топливо специальных добавок — антигелей (рис. 6), снижающих температуру его застывания и обеспечивающих эксплуатацию дизельных двигателей при экстра низких температурах (до -47 °С).
Таблица 9
Низкотемпературные свойства дизельных топлив с присадкой «Аспект-Д»
Параметр
Марка дизельного топлива
Летнее Летнее с 0,2% присадки
«Аспект-Д»
Зимнее
Температура застывания,
-
С
-14
-36
-30
Температура предельной фильтруемости, 'С
-5
-24
-15