Вязкость дизельного топлива и его влияние на работу двигателя

Дизельное топливо

Ди́зельное то́пливо — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти.

Название «солярка» происходит из нем. Solaröl [1] — «солнечное масло» — так ещё в 1857 году называли более тяжёлую фракцию, образующуюся при перегонке нефти. Фракция названа так в связи с желтоватым цветом. Советская нефтеперерабатывающая промышленность выпускала продукт «Соляровое масло ГОСТ 1666-42 и ГОСТ 1666-51».

Дизельное топливо, предназначенное для быстроходных дизелей, должно удовлетворять следующим основным требованиям:

бесперебойно поступать в цилиндры дизеля в любых условиях эксплуатации;

образовывать в камере сгорания двигателя топливовоздушную смесь, способную своевременно воспламеняться и полностью сгорать; обеспечивать мягкую, без стуков, работу дизельного двигателя; не вызывать значительной коррозии деталей двигателя; образовывать как можно меньше нагара на деталях двигателя; не содержать механических примесей и воды.

Основные свойства дизельного топлива

Весовая плотность (отношение массы топлива к его объему) дизельного топлива зависит от его фракционного состава и колеблется в пределах 820—890 кг/м 2 (0,82—0,89 г/см 3 ). Плотность измеряют при температуре +20° С. Если плотность была определена при другой температуре, то полученные данные приводят к температуре +20° С по формуле:

где p_f — плотность при температуре окружающей среды, кг/м 3 (г/см 3 );

к — температурная поправка на 1° С; для топлива плотностью 0,84—0,89 г/см 3 к=0,00073, для топлива плотностью 0,84—0,86 г/см 3 к=0,00070.

Плотность не является оценочным показателем качества топлива, поэтому в ГОСТ ее значение не приводится. Однако при эксплуатации дизелей необходимо знать величину весовой плотности, так как топливный насос отмеряет по объему требуемое количество топлива. Позтому его весовое количество, а следовательно количество тепловой энергии, зависит не только от объема топлива, впрыснутого в цилиндр, но и от плотности топлива.

Существует следующая зависимость между весовым количеством поданного топлива Q и объемным V :

где р_t — плотность топлива, кг/м 3 (г/см 3 ) при температуре t; t — температура впрыснутого топлива, °С.

При определении производительности топливных насосов следует иметь в виду, что плотность дизельного топлива колеблется и пределах 0,82—0,89, поэтому в данные замеров следует вносить соответствующие поправки.

Элементарный состав дизельного топлива

Вязкость дизельного топлива

Вязкость является важным показателем качества дизельного топлива. Она влияет на качество распыливания и смесеобразования. Чем больше плотность дизельного топлива, тем больше его вязкость, тем более крупные капли топлива получаются при впрыске форсункой и тем больше дальнобойность струи. Прокачиваемость дизельного топлива ухудшается при низких температурах с увеличением вязкости.

При повышении температуры вязкость уменьшается (рис. 11). В связи с этим увеличивается утечка дизельного топлива через неплотности в прецизионных парах насоса и форсунки и уменьшается его подача. На рисунке 12 показано влияние вязкости топлива на коэффициент подачи при среднем давлении впрыска 30 Мн/м 2 (300 кГ/см 2 ). При повышении давления вязкости топлива увеличивается (рис. 13). В момент впрыска топлива в цилиндр вихрекамерного дизельного двигателя оно сжимается до двухсот и более атмосфер, вязкость его возрастает по сравнению с вязкостью при атмосферном давлении.

Для обеспечения постоянства мощностных и экономических показателей желательно, чтобы при нагреве или охлаждении дизеля во время эксплуатации вязкость дизельного топлива изменялась как можно меньше.

Зависимость производительности насоса от температуры топлива показана на рисунке 14. Эти свойства топлива необходимо учитывать при регулировке топливной аппаратуры.

Фракционный состав. Для нормального протекания рабочего процесса в дизеле топливо, поступившее в камеру сгорания, прежде чем воспламениться, должно перейти из жидкого в парообразное состояние. Испаряемость влияет на период задержки воспламенения топлива, его сгорание в двигателе, пусковые качества и экономичность двигателя.

Рис. 11. Зависимость вязкости v и плотности р топлива от его температуры t.

Рис. 12. Зависимость коэффициента подачи n_н от вязкости топлива при давлении впрыска топлива P_нф.пр= 300 кГ/см 2 :1 — при 400 оборотах коленчатого вала в минуту; 2 — при 1000 оборотах коленчатого вала в минуту.

Поэтому в ГОСТ 305—62 указывается, что температура, при которой выкипает 96% дизельного топлива, должна быть не выше 360° С, иначе наблюдается повышенное нагарообразование.

По ГОСТ 4749 — 49 топлива делятся: на арктическое ДА, предназначенное для использования при температуре окружающего воздуха ниже минус 30° С, температура выкипания 90% не превышает 300° С; дизельное зимнее ДЗ — для использования при температуре выше минус 30° С, температура выкипания 90% не превышает 335 °С и дизельное летнее ДЛ — для использования в теплое время года, температура выкипания 90% не превышает 350 °С.

По ГОСТ 305 — 62 топлива делятся на арктическое А, зимнее 3 и летнее Л (табл. 1).

Рис. 13. Зависимость вязкости дизельного топлива от давления Р (n’ — вязкость при давлении Р; n — начальная вязкость при атмосфер, ном давлении).

Рис. 14. Зависимость величины подачи топлива за цикл q_ц от темцературы t_T топлива в головке насоса.

Температура вспышки дизельного топлива — это температура, до которой необходимо нагреть топливо в нормальных условиях, чтобы пары над его поверхностью вспыхнули при поднесении пламени. Она указывает на степень пожарной опасности данного вида дизельного топлива. В стандартах указывается, что для арктических сортов дизельного топлива температура вспышки должна быть не ниже плюс 30—35 °С, для зимних — не ниже плюс 35—50 °С, для летних плюс 40—60 °С.

Температура застывания дизельного топлива — это температура, при которой топливо в определенных условиях испытания теряет текучесть и загустевает. Для эксплуатации в различных условиях желательно, чтобы температура застывания была как можно ниже. Если температура застывания высокая, то зимой забиваются фильтры и топливопроводы, ухудшается запуск двигателя, затрудняется перекачивание топлива на нефтебазах и при заправке тракторов. В стандартах указывается, что температура застывания должна быть для летних сортов топлив не выше минус 10 °С. Для зимних — не выше минус 35—45 °С, для арктических — не выше минус 55—60 °С.

Коксообразование

Содержание серы в дизельном топливе

Дизельные топлива изготовляют из нефти, содержащей серу. В процессе производства топливо не удается полностью освободить от присутствия серы. При сгорании топлива в дизельном двигателе образуются сернистый и серный газы и тем больше, чем больше содержание серы в дизельном топливе. В зонах низких температур газы образуют с парами воды сернистую и серную кислоты, а в зонах высоких температур возникает газовая коррозия металла.

Рис. 15. Зависимость износа поршневых колец от содержания смол в дизельном топливе.

Рис. 16. Зависимость износа поршневых колец от содержания серы в дизельном топливе.

Нагар и коксующиеся отложения в двигателе при наличии серы в топливе приобретают повышенную твердость и более высокие абразивные свойства. Все это вызывает повышенный износ деталей дизельного двигателя (рис. 16).

Если в топливе содержится серы более 0,2%, то для устранения ее вредного действия топливо применяют в тех двигателях, в которых используют дизельное масло с присадкой ЦИАТИМ-339, АзНИИ-7 или ВНИИНП-360. Содержание серы в дизельном топливе допускается не более 1 %.

Кислотность дизельного топлива

Зольность дизельного топлива

Механические примеси представляют собой частички песка, глины, окалины и кокса. Они засоряют фильтрующие элементы, вследствие чего нарушается нормальная работа топливной аппаратуры. Особенно большую опасность представляют механические примеси из кварца, так как они вызывают абразивный износ прецизионных деталей топливного насоса и форсунок. Поэтому содержание механических примесей в дизельном топливе по ГОСТ не допускается.

Вода в дизельном топливе содержится во взвешенном состоянии и в виде эмульсии. Частички воды заполняют поры хлопчатобумажных фильтров и прекращают доступ топлива к насосу. Кроме того, ухудшается пропускная способность бумажных фильтров при обводнении. При температуре ниже нуля частички воды, содержащиеся в топливе, замерзают и в виде мелких кусочков льда забивают топливопроводы и фильтры.

Вода понижает теплотворную способность топлива и вызывает коррозию топливной аппаратуры, поэтому она не должна содержаться в дизельном топливе.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Определение вязкости

Под этим параметром понимают способность горючего перетекать по выбранному сечению с определенной скоростью. Вязкость связана с плотностью жидкости и как следствие зависит от температуры окружающего воздуха. Поэтому для выбранного вида дизтоплива это значение будет соответствующим:

• летнее — 4-6 кв. мм/с;
• зимнее — 1,9-5,0 кв. мм/с;
• арктическое — 1,5-4,0 кв. мм/с.

Уменьшение вязкости приводит к снижению напора, подтеканиям насосов и форсунок. Из-за малой скорости движения частиц топлива снижается мощность и экономичность дизеля. При более высоких значениях вязкости моторного топлива увеличивается сопротивление в трубопроводах и форсунках, ухудшается наполнение топливных насосов и распыл смеси. Появляются продукты неполного сгорания, образуется нагар, повышается расход топлива и износ двигателя.

Вязкость связана со всеми основными характеристиками дизтоплива:

1. Цетановое число и индекс. От этих значений зависит мощность и экономичность дизеля. При оптимальной вязкости удается добиться наиболее полного сгорания смеси, а значит двигатель будет работать более эффективно.
2. Плотность. Этот параметр изменяется с температурой окружающей среды. В холодную погоду плотность и вязкость увеличиваются.
3. Температура помутнения и кристаллизации. При понижении температуры воздуха тяжелые парафины переходят в кристаллическую форму, что приводит к невозможности запуска и работы дизеля. В более вязком топливе эти процессы происходят быстрей.
4. Коксуемость. Чем выше вязкость, тем больше концентрация углеводородов. При достижении определенных значений возможно появление нагара, из-за чего снижаются сроки эксплуатации двигателя.
5. Массовая доля серы. Если в топливе много сернистых элементов, то экологичность будет очень низкой. Такое топливо быстрее становится вязким при снижении температуры.
6. Смазывающая способность. Все трущиеся детали топливной системы нуждаются в смазке, поэтому топливо должно обеспечивать отвод тепла и механических частиц износа. Превышение допустимых значений вязкости затрудняет смазку.

Основное отличие дизельных двигателей от бензиновых заключается в способе воспламенения топливной смеси. В дизеле этот процесс протекает без использования свечей зажигания. При этом работа топливной автоматики напрямую связана с вязкостью дизельного топлива, которая влияет на процесс подачи горючего в камеру сгорания, подготовку и воспламенение смеси.

Динамическая вязкость дизельного топлива

Это собственно и есть вязкость в том понимании, к которому все привыкли: перемещение одного слоя жидкости относительно другого под действием внешних сил или собственного веса. Согласно определению вязкость топлива измеряется в Паскалях в секунду. Значение не зависит от плотности жидкости.

Кинематическая вязкость дизельного топлива

Для получения этого значения вычисляют соотношение динамической вязкости и плотности топлива. Расчет выполняют при температуре +20 °C. Значение кинематической вязкости напрямую зависит от количества сернистых соединений, потому эта величина важна для определения экологичности дизтоплива.

Звоните по номеру +7 (812) 426-10-10. С нами удобно, доставка 24/7

Зависимость вязкостидизельного топлива от температуры

Топливо со средней вязкостью, 2,5-4 мм2/с при 20°С, обладает лучшими свойствами. Оно будет сохранять свои свойства при низких температурах, так как его текучесть не будет меняться.

Применение топлива должно полностью зависеть от его марки. Для:

• летнего дизельного топлива вязкость – 3,0-6,0 мм2/с;
• зимнего ДТ – 1,8-5,0 мм2/с;
• арктического дизтоплива – 1,5-4,0 мм2/с.

Из этого следует, что кинематическая вязкость дизельного топлива определяет рабочий процесс в цилиндрах двигателя, а значит, его экономичность и эффективность.

В межсезонный период целесообразно применять депрессорные присадки, если нет уверенности в том, что на АЗС летнее топливо уже заменили на зимнее.

Эксплуатационные показатели дизельного топлива

К основным показателям топлива для дизельных двигателей можно отнести:

1. Цетановое число (о нем мы говорили выше). Его величина позволяет судить о будущих экономических показателях силового узла и его мощности. Чем больше данный параметр, тем лучше работает двигатель;
2. Фракционный состав позволяет определить, насколько качественно будет сгорать топливо, какова токсичность отработанных газов, каким будет уровень дымности и так далее;
3. Низкотемпературные свойства. Данный параметр определяет температуру замерзания топлива и особенности его хранения;
4. Вязкость и плотность. От этих характеристик зависит, насколько качественной будет подача топлива к двигателю, его распыление и фильтрация;
5. Температура вспышки. Этот параметр определяет, насколько безопасно использовать дизтопливо в дизельных моторах;
6. Уровень чистоты. Чем чище соляра, тем больший ресурс будут иметь различные фильтры авто и ЦПГ силового узла;
7. Наличие серы. Подобная примесь может привести к образованию коррозии, повышенному нагару и износу на внутренних элементах двигателя и топливной системы.

Вывод

Если вы отдали предпочтение автомобилю с дизелем, то важно как можно больше знать о топливе для них, особенностях его выбора и эксплуатации. В этом случае можно добиться лучшей экономичности авто, исключить проблемы с лишней водой в баке и замерзанием топлива.

Свойства ДТ при низких температурах

Чтобы уменьшить температуру, при которой топливо становится вязким, в его состав включают
тяжелые фракции углеводорода. Больше всего таких примесей в арктической марке топлива.

Летнее горючее начинает мутнеть при -3°С. Если допустить его кристаллизацию, могут выйти
из строя поршни. Исправить данную проблему не представляется возможным. Поэтому следует
использовать ту марку топлива, свойства которой отвечают температурным условиям.

Средневязкое топливо сохраняет текучесть при низких температурах. Это означает, что
рабочий процесс в двигателе будет экономичным и эффективным.

Особенности использования

Тяжелые и высоковязкие топлива хуже качеством дистиллятных, но использование их выгодно из-за низкой себестоимости. Для улучшения качества судовых высоковязких топлив широко используют функциональные присадки:

• деэмульгаторы, уменьшающие содержание воды в топливе;
• присадки поглощающие сероводороды, при сильном снижении сероводородов снижаются смазочные свойства топлива. Поэтому вводятся еще малоизносные присадки, помогающие сохранить двигатели.
• улучшают текучесть топлива облегчением фракционного состава.

Особенности транспортировки и хранения

Транспортировка высоковязкого топлива

Условия складского хранения определяют оценкой температуры застывания. Существует три способа уменьшить температуру застывания:

• снижают содержание тяжелых фракций (понижают температуру конца кипения), увеличение легких фракций влечет за собой уменьшение цетанового числа;
• применение депрессантов – депрессорные добавки позволяют снизить температуру застывания, мало влияя на остальные характеристики, но улучшают прокачиваемость топлива.
• наиболее эффективным способом снижения температуры застывания и помутнения это снижение углеводородного состава;

При транспортировке топлив высокой вязкости следует помнить, что при изменении температуры окружающей среды плотность топлива меняется–при повышении температуры плотность уменьшается и наоборот. Поэтому один и тот же объем топлива может быть разного веса.