Лекция 8. 19.12.14.

3. Дизельное топливо и его основные свойства.

Дизельное топливо- это сложная смесь углеводородов различных химических групп с температурой кипения 180 … 360°С., которую получают компаундированием керосино- газойлевых фракций различных технологических процессов переработки нефти и газовых конденсатов, предварительно очищенных от нежелательных примесей (т.е. основой товарного дизельного топлива является газойлевый дистиллят прямой перегонки нефти в смеси с частью керосинового дистиллята).

Например, (для сравнения):

3.1.Склонность дизельного топлива к самовоспламенению.

Температурой самовоспламенения (теплового самовоспламе­нения) называют такую минимальную температуру, при которой увеличение скорости протекающих в топливе экзотермических реакций приводит к интенсивному саморазогреванию смеси и пламенному горению при отсутствии постороннего источника воспламенения.

Температура самовоспламенения одного и того же топлива непостоянна — она определяется скоростями тепловыделения и теплоотвода, которые применительно к дизелям зависят от объема и формы камеры сгорания, условий распыла топлива, давления и ряда других условий. Например, температура самовоспламенения при дав­лениях 0,1; 1,5 и 2,0 МПа соответственно в среднем равна для дизельного топлива 450, 240 и 205°С; для бензина 480, 310 и 280 °С. Для однозначной количественной оценки и нормирования самовосп­ламеняемости дизельных топлив стандартизирован соответствующий показатель — цетановое число (ЦЧ).

3.1.1. Цетановое число.

Свойство дизельного топлива, характеризующее мягкую или жесткую работу дизеля, оценивают по его самовоспламеняемости. Эту характеристику определяют путем сравнения работы стандартного дизеля на испытуемом и на эталонном топливах.

Оценочным показателем служит цетановое число топлива.

Цетановое число дизельного топлива представляет собой процентное (по

объему) содержание цетана в смеси с альфаметилнафталином(α-м-н), которое по

самовоспламеняемости равноценно испытуемому в стандартном двигателе топливу.

Цетан обладает малым периодом задержки воспламенения. Его цетановое число принято за 100 ед. Альфаметилнафталин представляет собой ароматический углеводород, обладающий большим периодом задержки воспламенения и вызывает очень жесткую работу двигателя. Цетановое число его условно принято за 0 ед.

Графическая интерпретация ЦЧ.

Например, если самовоспламеняемость испытуемого топлива равноценна

самовоспламеняемости смеси, состоящей из 45% цетана и 55% альфаметилнафталина, то цетановое число топлива будет равно 45 ед. Цетановое число определяют по совпадению вспышек на одноцилиндровой установке ИТ9-ЗМ, работающей по принципу самовоспламенения топлива от сжатия (ГОСТ 3123-87). Конструкция установки обеспечивает изменение степени сжатия в пределах от 7 до 23.

Рис.3.1. Установка ИТ-9-3 для определения цетановых чисел дизельного топлива:

1- пульт управления; 2- топливные бачки; 3- подогреватель воздуха; 4- зеркало для наблюдения за вспышками; 5- механизм изменения степени сжатия; 6- форсунка; 7- одноцилиндровый дизель; 8- ТНВД.

Сначала пускают двигатель и устанавливают стандартный режим работы, после чего переводят на испытуемое топливо. Изменяя степень сжатия, добиваются начала самовоспламенения топлива в ВМТ. Затем подбирают такую смесь цетана с альфаметилнафталином, чтобы она при этих же условиях самовоспламенялась строго в ВМТ. Процентное содержание цетана в этой смеси показывает цетановое число испытуемого топлива.

Цетановое число дизельного топлива должно быть не менее 45 ед. Применение топлива с меньшим цетановым числом приводит к увеличению периода задержки самовоспламенения и возникновению жесткой работы двигателя; ЦЧ выше 50 ед. нецелесообразно из-за уменьшения полноты сгорания топлива.

Для повышения цетанового числа дизельного топлива к нему прибавляют

специальные высокоцетановые компоненты, например, соответствующие фракции

жидкого топлива, получаемого в результате синтеза из оксида углерода и водорода. Для этого также вводят в топливо специальные присадки- перекиси углеводородов, нитросоединения: нитроалканы, изопропилнитрат и др. Однако при этом снижается стабильность топлива при хранении.

3.1.2.Температура самовоспламенения. Ее связь сцетановым числом.

t_сам. называют такую min температуру, при которой смесь паров данного вещества с воздухом дает устойчивую вспышку без внешнего источника воспламенения на специальной лабораторной установке.

t _сам=280…330^оС для разных марок дизельных топлив.

Чем ниже t _сам, тем легче топливо самовоспламеняется, тем выше егоцетановое число и наоборот.

При значительном увеличении ЦЧ (70 и выше) наблюдается потеря мощности, экономичности (рис. 3.29) и дымление дизеля. Это объясняется тем, что такие топлива, обладая малой задержкой вос­пламенения, быстро сгорают в непосредственной близости от фор­сунки. Остальное впрыскиваемое топливо попадает не в воздух, а в высокотемпературные продукты сгорания. В результате в камере сго­рания образуются зоны переобогащенной (в районе форсунки) и переобедненной (в периферийных, районах) смесей. В первой зоне образуются продукты неполного сгорания (сажа). Наличие второй зоны обусловливает неполное использование заряда (объема камеры сгорания) и, следовательно, снижение мощности и экономичности двигателя. Увеличение ЦЧ повышает стоимость топлива.

Изложенные обстоятельства показывают, что для нормальной работы двигателя необходимы топлива с оптимальным ЦЧ, которое для быстроходных двигателей принимают равным 45 —50. С увеличением ЦЧ пуск двигателя облегчается (рис. 3.30). Поэтому верхний предел ЦЧ для зимних и арктических топлив принимают в диапазоне 55 — 60.

ЦЧ топлива зависит от количества атомов углерода в молекулах (фракционного состава топлива) и их строения (группового состава топлива). Чем больше молярная масса углеводорода, тем при прочих равных условиях выше его ЦЧ (рис. 3.31).

, где - кинематическая вязкость.

, где t_ср.= (t_нк+ t_кк)/2.