Жесткая работа дизелей.

Топливо в цилиндры двигателя подается в жидкой фазе. С момента введения в цилиндр первой порции топлива начинается подготовка этой и последующих порций к сгоранию, на что требуется определенное время (t₁)(Рис.77.), называемое периодом задержки самовоспламенения (период задержки самовоспламенения складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешивание паров топлива с воздухом, а также времени, необходимого для завершения предпламенной реакции и формирования очагов самовоспламенения.).

Рис.77.

Если величина периода задержки укладывается в определенные пределы, то в работе дизеля не происходит недопустимых отклонений от нормы. Следствием увеличения задержки самовоспламенения (t₂) (Рис.77.) является очень интенсивное тепловыделение на первой стадии горения, в результате чего создается очень высокая скорость нарастания давления. Если при этом темп повышения давления превзойдет 0,6 МПа на один градус поворота коленчатого вала, то возникает ненормальная, а так называемая жесткая работа дизеля. При жесткой работе дизельного двигателя его детали работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и поломкам, перерасходу топлива, дымному выпуску и снижению мощности.

Период задержки самовоспламенения складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешивание паров топлива с воздухом, а также времени, необходимого для завершения предпламенной реакции и формирования очагов самовоспламенения.

Фракционный составхарактеризует испаряемость дизельного топлива. У дизельных двигателей смесеобразование происходит за 20-40º поворота коленчатого вала и составляет всего лишь 0,001 – 0,004 с, т.е. примерно в 10-15 раз меньше, чем у карбюраторных двигателей. При таком ограниченном времени однородная качественная рабочая смесь может быть получена только при достаточно хорошем распыливании и испаряемости топлива.

Топливо с утяжеленным фракционным составом вследствие плохой его испаряемости приводит к несвоевременному воспламенению и плохому сгоранию, смыванию масла со стенок цилиндров, повышенному износу, ухудшению топливной экономичности.

В отличие от бензинов фракционный состав дизельного топлива определяется лишь температурами выкипания 50 и 96 % топлива. Это связано с тем. Что между температурой выкипания 10 % дизельного топлива и работой дизеля однозначной связи не установлено. При облегчении топлива ухудшается пуск дизелей, так как легкие фракции имеют худшую по сравнению с тяжелыми фракциями самовоспламеняемость. В связи с этим пусковые свойства дизельного топлива для автомобилей в какой-то степени определяет температура выкипания 50 % топлива. Температура выкипания 96 % топлива является температурой конца кипения и регламентирует содержание в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение которых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повышает нагарообразование и дымность отработавших газов.

Самовоспламеняемость дизельных топлив.

Самовоспламеняемостью дизельного топлива называется способность его паров воспламеняться без источника зажигания.

Это свойство в значительной мере определяет подготовительную фазу процесса сгорания – период задержки самовоспламенения.

Метод оценки самовоспламеняемости дизельных топлив аналогичен методу оценки детонационной стойкости бензина. В том и другом случаях испытуемый образец сопоставляется с эталонными топливами на специальных незначительно различающихся друг от друга по устройству одноцилиндровых двигателях серии ИТ9 (ИТ9-3 – одноцилиндровый двигатель с переменной степенью сжатия ( = 7 23) метод совпадения вспышек по ГОСТ 3122-67).

Эталонную смесь составляют из двух углеводородов высокой степени частоты: цетан (нормальный гексадекан) С₁₆Н₃₄ и альфаметилнафталин С₁₀Н₇СН₃. Самовоспламеняемость первого условно принята за 100 ед., а второго за 0 ед.

Цетановым числом топлива называется показатель его самовоспламеняемости, численно равный процентному (по объему) содержанию цетана в такой его смеси с альфаметилнафталином, которая равноценна данному топливу по самовоспламеняемости при испытании в стандартном двигателе.

Цетановые числа дизельных топлив зависят от их углеводородного состава, структуры и молекулярной массы. Наиболее высокие цетановые числа у парафиновых углеводородов, более низкие у нафтеновых и самые низкие у ароматических. Содержание парафиновых углеводородов в дизельных топливах ограничивается, что связано с высокими температурами их помутнения и застывания. Нафтеновые углеводороды присутствуют в дизельных топливах в значительных количествах, так как имеют удовлетворительные цетановые числа и температуры застывания.

Оптимальное цетановое число дизельных топлив находится в интервале 40-50. Применение топлива с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе двигателя, а более 50 – нецелесообразно, так как снижается экономичность двигателя (из-за уменьшения полноты сгорания топлива), наблюдается дымный выпуск отработавших газов и перегрев форсунки. При возрастании цетанового числа улучшаются пусковые свойства топлива.

Повышение цетанового числа дизельных топлив достигается двумя способами: воздействием на их химический состав и введением специальных присадок.

Первый способ заключается в одновременном увеличении концентрации нормальных парафинов и снижении содержания ароматических углеводородов ( этот метод не приемлем для повышения цетанового числа зимних марок дизельного топлива, так как нормальные парафины имеют повышенные по сравнению с углеводородами других гомологических рядов температуры плавления.)

Второй способ основан на введении в дизельное топливо специальных кислородосодержащих присадок, к которым относятся органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты (этилнитрат, изопропилнитрат или цеклогексилнитрат) и др.

Эти присадки, являясь сильными окислителями, ускоряют зарождение и развитие реакций с образованием из топлива перекисей, от разложения которых ускоряется весь комплекс предпламенных процессов.

Химическая стабильность дизельных топлив.

Дизельные топлива, полученные при разгонки нефти с малым содержанием сернистых соединений обладают высокой химической стабильностью и способны храниться длительное время без изменения своих свойств (до пяти лет и более). Меньшей химической стабильностью обладают дизельные топлива, содержащие в своем составе значительное количество олефинов и меркаптанов. Количество фактических смол в таких топливах постоянно увеличивается, что является следствием окисления олефинов и оказывает негативное влияние на работу системы питания и повышает нагарообразование в двигателе. В связи с выше сказанным стандартами на дизельные топлива ограничивается содержание в них фактических смол (в зимних марках не более 30, а в летних не более 40 мг на 100 мл топлива).

Еще одним показателем, отражающим содержание в дизельном топливе олефинов, является йодное число.

Йодным числом называется количество йода в граммах, которое способно присоединиться к 100 г нефтепродукта.

Чем больше олефинов в топливе, тем больше йодное число. Йодное число должно быть не более 6 г йода на 100 г летних и зимних марок дизельного топлива.

Следующим показателем, характеризующим, химическую стабильность дизельных топлив является наличие в их составе меркаптанов, которые помимо значительного коррозионного воздействия на элементы системы питания (плунжерные пары и детали форсунок) способны к химическим превращениям, в том числе и к реакциям окисления с образованием смол. Принимая во внимание большую коррозионную активность и малую химическую стабильность меркаптанов, разработана специальная методика для количественного определения в дизельных топливах и бензинах так называемой меркаптановой серы, т.е. выраженную в процентах долю топлива, которая приходиться на имеющуюся в меркаптанах серу. Содержание меркаптановой серы в бензинах и дизельных топливах не должно превышать 0.01 %.