Автомобильные эксплуатационные материалы. Учебное пособие автомобильные эксплуатационные материалы по дисциплинам "Автомобильные эксплуатационные материалы"
 Скачать 1.51 Mb.
|
3.2 Сгорание смеси и оценка самовоспламеняемости дизельных топливРассмотрим индикаторную диаграмму дизельного двигателя (рисунок 3.1). Для процесса сгорания смеси в дизельных двигателях характерно образование во внешней оболочке струи впрыскиваемого топлива объёмных очагов пламени, количество которых определяется интенсивностью протекания предпламенных реакций и величиной периода задержки воспламенения. 
Рисунок 3.1 - Развёрнутая индикаторная диаграмма дизельного двигателя На диаграмме можно выделить следующие периоды и характерные точки:
Если он небольшой, то процесс сгорания протекает благоприятнее, облегчается пуск, обеспечивается мягкая и устойчивая работа двигателя. Минимальный период задержки воспламенения характерен для топлива с большим количеством легкоокисляющихся углеводородов (парафиновые углеводороды нормального строения). Жесткая работа двигателя наблюдается при работе на топливе, содержащем трудно окисляющиеся парафиновые углеводороды изомерного строения и ароматики (в бензинах они необходимы). При этом период задержки воспламенения увеличивается. Жесткость работы двигателя оценивается по величине нарастания давления на 10 поворота коленчатого вала. Двигатель работает мягко при нарастании давления до 0,25 - 0,5 МПа на 10 поворота коленчатого вала, очень жёстко (быстрый выход из строя) при нарастании давления более 0,9 МПа. Склонность дизельного топлива к самовоспламенению и возникновению жёсткой работы оценивают по цетановому числу. Цетановое число (ЦЧ) - это показатель воспламеняемости дизельного топлива; численно равный объёмному проценту цетана в эталонной смеси, состоящей из цетана (ЦЧ = 100) и - метилнафталина (ЦЧ = 0), которая в условиях испытания равноценна по воспламеняемости испытуемому топливу. Для определения самовоспламеняемости дизельного топлива необходимо подобрать такой состав эталонной смеси, при котором бы испытуемое топливо и смесь в стандартных условиях имели одинаковый период задержки самовоспламенения. Для современных быстроходных дизелей применяют топлива с цетановыми числами 45 - 50. Применение топлив с цетановым числом менее 40 может привести к жесткой работе дизельного двигателя. Повышение цетанового числа выше 50 нецелесообразно, так как из - за очень малого периода задержки самовоспламенения топливо не успевает распространиться по всей камере сгорания, воспламеняясь и сгорая вблизи форсунки. Поскольку наиболее удалённые от неё порции воздуха не в полной мере участвуют в процессе горения, экономичность двигателя снижается и при этом наблюдается дымление. Цетановые числа топлив могут быть повышены двумя способами: регулированием углеводородного состава или введением специальных присадок. 3.3 Показатели и свойства дизельных топлив, влияющие на подачу и смесеобразование 3.3.1 Низкотемпературные свойства Низкотемпературные свойства дизельных топлив характеризуются двумя температурами: температурой застывания и температурой помутнения. Температурой помутнения называют температуру, при которой топливо теряет прозрачность в результате выпадения кристаллов н-парафиновых углеводородов или микрокристаллов льда. При этом топливо не теряет текучести. Микрокристаллы, задерживаясь на фильтрующем патроне в фильтре тонкой очистки, образуют непроницаемую для топлива парафиновую плёнку, в результате чего подача топлива прекращается. Бесперебойная подача обеспечивается при температуре помутнения топлива на 5 - 10 0С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль. Потерю подвижности нефтепродуктов вследствие образования из кристаллизующихся углеводородов каркаса или структурной сетки принято называть застыванием. Температурой застывания называют температуру, при которой дизельное топливо не обнаруживает подвижности в стандартном приборе под углом 450 в течение 1 мин. Самая низкая температура, при которой может применяться дизельное топливо, должна быть выше температуры застывания на 10 - 15 0С. В эксплуатации низкотемпературные свойства дизельных топлив могут быть улучшены путём добавления присадок - депрессаторов или реактивного топлива. 3.3.2 Вязкостные свойства Повышенное или пониженное значение вязкости (для топлив различных марок 20 от 1,8 до 6 мм2/с) приводит к нарушению работы топливоподающей аппаратуры, а также процессов смесеобразования и сгорания топлива. При пониженной вязкости: в результате проникновения топлива через зазоры в плунжерной паре уменьшается цикловая подача и снижается давление впрыска; подтекание топлива через отверстия форсунки увеличивает нагарообразование; ухудшаются смазочные свойства топлива, вследствие чего, возрастает интенсивность изнашивания элементов топливной аппаратуры. Как следствие, возрастает расход топлива, падает мощность двигателя. Повышенная вязкость топлива приводит к ухудшению качества смесеобразования, при распыливании образуются крупные капли и длинная струя с малым углом. Возрастает продолжительность этапа испарения, топливо сгорает не полностью, увеличивается его расход, повышается нагарообразование, возникает дымление. На процесс смесеобразования влияют также плотность топлива и поверхностное натяжение. Их роль в этом процессе как в дизельных двигателях, так и в карбюраторных одинакова. 3.3.3 Испаряемость Испаряемость оказывает решающее влияние на протекание второй стадии смесеобразования - испарение топлива (её определяют при разгонке на стандартном аппарате). По ГОСТ 305 - 82 испаряемость топлива, характеризуемая фракционным составом, определяется двумя температурами - выкипания 50 и 96 % топлива (t50 и t96). Температура начала кипения отечественных дизельных топлив находится в пределах 170 - 200 0С, а конца перегонки (t96) - 330 - 360 0С. Показатель t50 в какой-то степени характеризует пусковые качества дизельных топлив. Показатель t96 указыват на содержание в топливе трудноиспаряющихся фракций, которые ухудшают смесеобразование и вызывают неполное сгорание. 3.4 Механические примеси и вода в дизельных топливах В соответствии с ГОСТ 305 - 82 массовое содержание механических примесей и воды в топливе для быстроходных дизелей равно нулю. В соответствии с чувствительностью метода оценки, за отсутствие загрязнений принимаются содержание механических примесей до 0,005 % и воды до 0,03 % по массе. Практика эксплуатации автомобильной техники показывает, что содержание загрязнений в топливе зачастую превышает допустимый уровень. Например на заправочных пунктах концентрация механических примесей в топливе составляет до 0,06 %, воды до 0,12 % по массе. Заметно снизить загрязнение и уменьшить содержание воды в дизельном топливе можно лишь при длительном отстаивании (10 суток и более) его в складской таре и заборе топлива из верхних слоёв. Достаточно эффективным является и применение фильтров тонкой очистки на заправочных станциях. 3.5 Коррозионные свойства дизельных топлив Причины коррозионности дизельных топлив те же, что и бензинов (наличие водорастворимых кислот и щелочей, органических кислот и сернистых соединений). Присутствие водорастворимых кислот и щелочей в топливе не допускается. Кислотность, согласно ГОСТ 305 - 82 не должна превышать 5 мг КОН для нейтрализации 100 мл топлива. Наличие в топливах сернистых соединений нежелательно. В настоящее время нефтепродукты производят в основном из сернистых нефтей. Серу из дистиллятов удаляют достаточно сложным путём - каталитическим обессериванием, позволяющим снизить её содержание до 0,2 - 0,5 % (такое содержание серы допускает ГОСТ 305 - 82). Те активные органические кислоты и сернистые соединения, что непосредственно не взаимодействуют с металлами и наличие которых в небольших количествах в топливе для быстроходных дизелей допускается, являются основными "виновниками" коррозии его деталей при сгорании топлива. В результате взаимодействия сернистого и серного ангидридов с парами воды образуются агрессивные сернистая и серная кислоты. Они вызывают очень сильную химическую коррозию нижнего пояса гильзы цилиндра, а попадая с отработавшими газами в картер двигателя, смешиваются с маслом и, распространяясь по всей системе смазки, поражают подшипники, шейки валов и другие детали. Разрушающее действие кислот нейтрализуют добавлением в дизельное масло противокоррозионных присадок, из которых наиболее эффективен нафтенат цинка. Дизельные топлива с содержанием серы более 0,2 % применяют только при условии, что двигатель работает на масле с антикоррозионной присадкой. 3.6 Ассортимент и маркировка дизельных топлив В зависимости от условий применения по ГОСТ 305 - 82 установлены следующие марки дизельного топлива: летнее (Л), зимнее (З) и арктическое (А). Рекомендации по применению дизельных топлив сводятся к следующему: топливо марки Л можно применять при температуре окружающего воздуха 0 0С и выше, З - при -20 0С и выше (в холодной климатической зоне - при -30 0С и выше), А - при -50 0С и выше. У зимнего топлива температура застывания не выше -45 0С, но стандарт предусматривает выработку топлива марки "З" с температурой застывания -35 0С, однако в этом случае обязательно применение депрессорной присадки. Каждая марка топлива по общему содержанию серы делится на две подгруппы: в топливах 1-й подгруппы ее должно быть не более 0,2 %, а в топливах 2 - й подгруппы - 0,4 для марки "А" и 0,5 для марок "Л" и "З". Содержание серы обязательно указывается в маркировке топлива. Помимо содержания серы в маркировке летнего топлива указывают температуру вспышки. Примеры условных обозначений Л-0,2-40; З-0,5. 3.7 Вопросы для самопроверки 1 Какими особенностями характеризуются процессы смесеобразования и сгорания в дизелях. Перечислите основные требования, предъявляемые к качеству дизельных топлив. Какие характерные точки и периоды можно выделить на индикаторной диаграмме, описывающей процесс сгорания в дизельном двигателе? Какое влияние оказывает период задержки воспламенения топлива на показатели работы двигателя? Каким образом оценивается жёсткость работы дизельного двигателя? Каким образом оценивается самовоспламеняемость дизельного топлива? Дайте определение показателю называемому цетановым числом. В каких пределах находится цетановое число у дизельных топлив, применяемых для быстроходных дизелей, как влияют отклонения от нормы на показатели работы двигателя? Какие существуют методы повышения цетанового числа? Какими показателями характеризуются низкотемпературные свойства дизельных топлив? Назовите основные методы улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив. Как влияют отклонения вязкости дизельного топлива от нормы на показатели работы двигателя? Какие свойства дизельного топлива оказывают влияние на процесс смесеобразования? Каким образом оцениваются низкотемпературные свойства дизельного топлива? Каким образом характеризуется испаряемость дизельных топлив? Какое влияние оказывают показатели испаряемости дизельных топлив на эксплуатационные характеристики двигателя? Назовите основные мероприятия, позволяющие снизить содержание воды и механических примесей в дизельном топливе. От каких факторов зависят коррозионные свойства дизельных топлив? Назовите основные методы нейтрализации коррозионного воздействия продуктов сгорания дизельных топлив на детали двигателя. Каким образом классифицируются и маркируются дизельные топлива отечественного производства? 4. Альтернативные виды топлив |