Свойства дизельного топлива

Автомобильные топлива

Бензин

Бензин является продуктом перегонки нефти. Существует два основных способа получения топлив из нефти.
Первый и самый простой – прямая перегонка, при которой нефть нагревают в специальных установках - трубчатых печах. Пары нефти, образовавшиеся при её нагревании, направляются в разделитель установки (ректификационную колонну), где охлаждаются и конденсируются. В верхней части колонны конденсируются и собираются лёгкие фракции нефти (фракции бензина), выкипающие при температуре до 205° Цельсия, ниже – керосин, ещё ниже – фракции дизельного топлива, газойлевых и соляровых масел. Остаток, получаемый от прямой перегонки нефти, называется мазутом. Из секций колонны фракции отводятся в топливосборники.
Второй способ получения бензина – химический. В настоящее время широко применяется термический, каталитический и гидрокрекинг. Сырьём для получения бензина химическим способом может являться не только нефть, но и её тяжёлые фракции, такие как мазут или соляровые фракции. После очистки бензина от вредных примесей он готов к использованию в качестве топлива для двигателей.

Свойства бензинов.

Основным свойством бензинов является 1) испаряемость и 2) детонационная стойкость.
Испаряемость бензина определяет его способность переходить из жидкого состояния в парообразное. Испаряемость топлива влияет на процесс образования и горения топливовоздушной смеси. Так как в данных процессах участвуют только газообразные фракции топлива, не испарившийся бензин отрицательно сказывается на работе двигателя, а именно: 1) стекая по цилиндрам, смывает с их стенок масло, что способствует повышенному износу деталей двигателя; 2) препятствует нормальному процессу сгорания топливовоздушной смеси. Из-за медленного горения смеси давление в цилиндре падает, двигатель не развивает номинальной мощности, в отработавших газах увеличивается содержание вредных веществ (в первую очередь – оксида углерода). Не полностью сгоревшее топливо в виде нагара откладывается на деталях (поршнях, клапанах) и содействует появлению ряда неисправностей двигателя.
Испаряемость бензина определяют в лабораторных условиях по его количеству, выкипающему при нагреве до определённых температур. 10% бензина должно выкипать при нагреве до 80°С, что необходимо для надёжного запуска холодного двигателя; 50% бензина должно выкипать при нагреве до 145°С, что необходимо для быстрого прогрева двигателя и его устойчивой работы на этом режиме. Полностью бензин должен испаряться при нагреве до 205°С.
Бензины, имеющие б о льшее количество тяжёлых (смоляных) фракций не выкипающих при температуре до 205°С, при непродолжительном хранении приобретают тёмно-коричневую окраску. В процессе эксплуатации двигателя на таком топливе, содержащиеся в нём смолы осаживаются на поршневых кольцах, поршнях, клапанах, стенках бензопроводов и топливных баков, в каналах и жиклёрах карбюратора, топливных форсунках.
Бензины, имеющие избыток лёгких фракций, имеют тенденцию к закипанию при низких температурах. Во избежание образования паровых пробок в топливной системе, температура кипения бензина не должна быть ниже 30°С.
По фракционному составу бензины выпускаются двух видов (сортов) – зимний и летний. «Зимние» бензины обладают лучшей испаряемостью.
Детонационная стойкость бензина оценивается по его октановому числу. Чтобы определить степень склонности топлива к детонации, его сравнивают с эталонными топливами, октановое число которых известно заранее. Такие топлива состоят из смеси изооктана и нормального гептана. По своим детонационным свойствам эти вещества прямо противоположны. Изооктан не детонирует и его октановое число условно равняется 100 единицам. Гептан является сильным детонатором и его октановое число принято равным «нулю». Если, при испытании бензина на специальной установке, имеющей одноцилиндровый двигатель, степень сжатия которого может меняться в необходимых пределах, оказалось, что бензин обладает такими же детонационными свойствами, как смесь, состоящая из 91% изооктана и 9% гептана, то октановое число бензина принимается равным 91. Октановое число топлив, имеющих детонационную стойкость лучшую, чем у изооктана, оценивают по условной шкале октановых чисел. При этом за эталон принимается чистый изооктан, содержащий 1,59 мг/л тетраэтилсвинца. Октановое число данной смеси условно равно 120. Чем больше октановое число бензина, тем выше его детонационная стойкость.
В настоящее время при эксплуатации автомобильных двигателей применяют бензины марок А-76, АИ-93, АИ-95, АИ-98 и некоторые другие. Буква «А» обозначает, что бензин автомобильный, буква «И», что октановое число определялось исследовательским методом (ещё один из способов определения октанового числа, кроме описанного - «моторного»), цифра указывает на величину октанового числа. Конструкция двигателя рассчитана на применение бензина с определённым октановым числом. Чем выше степень сжатия двигателя, тем с большим октановым числом топливо он потребляет. Применение бензина с октановым числом ниже предусмотренного для данной конструкции двигателя приводит к работе двигателя с детонацией и, в дальнейшем, к выходу его из строя.
Детонация – ненормально быстрое сгорание топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя, при котором скорость распространения фронта пламени возрастает с 20 – 40 м/сек. до 2000 м/сек. и более. Детонационное горение приводит к чрезмерному и скачкообразному росту давления в цилиндре. Детали двигателя при этом испытывают ударные нагрузки и преждевременно изнашиваются. Даже после непродолжительной работы возможны поломки перемычек поршня между кольцами, поломки самих колец и других деталей. Характерным признаком детонации являются звуки, прослушиваемые в верхней части блока цилиндров в «зоне» ВМТ, получившие название «детонационных стуков». Причина их появления – вибрация стенок цилиндров под воздействием ударной волны и стуки деталей в зазорах. Одновременно с этим может наблюдаться существенное падение мощности двигателя, перегрев двигателя и искристый выпуск из глушителя. Причин появления детонации несколько:
1). Применение топлива с низким октановым числом;
2). Чрезмерно раннее зажигание;
3). Обеднённая топливовоздушная смесь;
4). Перегрузка двигателя по оборотам или крутящему моменту;
5). Повышенное отложение нагара на поршнях;
6). Совокупность любых из перечисленных причин.
Также, двигатель может иметь склонность к детонации в силу своих конструктивных особенностей.
Для повышения детонационной стойкости бензинов в них добавляют высокооктановые железосодержащие или кислородосодержащие соединения (спирты и эфиры). До недавнего времени в качестве антидетонационной присадки широко применялась этиловая жидкость, состоящая из смеси тетраэтилсвинца с бромистыми и хлористыми соединениями. В настоящее время применение этилированных бензинов запрещено из-за их токсичности.

Газообразное топливо

В качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания наибольшее применение получили природные газы и газы, сопутствующие добыче и переработке нефти. Основным компонентом природных газов является метан. Нефтяные попутные газы состоят главным образом из пропана и бутана. Газообразное топливо используется как в двигателях с принудительным зажиганием, так и в дизельных двигателях при газожидкостном цикле или при непосредственном впрыскивании сжиженного газа в цилиндр и воспламенением от сжатия.
Газ обладает рядом преимуществ перед жидкими видами топлив.
1) Так как в процессе образования топливовоздушной смеси оба компонента находятся в одинаковом агрегатном состоянии, смесь получается более однородной. Хорошо приготовленная смесь сгорает быстро и полностью, мощность двигателя и крутящий момент увеличивается, содержание вредных веществ в отработавших газах уменьшается в 3 – 5 раз, сводится к минимуму процесс отложения нагара на деталях ЦПГ и клапанах.
2) Газообразные топлива обладают высокой детонационной стойкостью.
Октановое число метана и пропанобутановых смесей лежит в пределах от 80 до 110 единиц. Для оценки стойкости газообразных топлив к детонации используется «метановая шкала», в которой за 100 единиц принята детонационная стойкость метана, а за «ноль» - детонационная стойкость водорода.
3) Моторное масло в двигателе, работающем на газе, не подвергается разжижению жидким топливом, что способствует увеличению его срока службы в 2 – 3 раза. Ресурс двигателя при этом увеличивается в 1,5 – 2 раза.
На автотранспортных средствах запас газообразного топлива хранят в сжатом или сжиженном состоянии.

Дизельные топлива

Дизельные топлива являются продуктом переработки нефти. При нагревании нефти фракции дизельного топлива выкипают до температуры 390°С.

Свойства дизельного топлива

Главными свойствами дизельных топлив являются 1) вязкость, 2) фракционный состав, 3) склонность к воспламенению и 4) температура кристаллизации.
Вязкость и фракционный состав оказывают влияние на процесс смесеобразования.
Склонность к воспламенению характеризует качество топлива и влияет на процесс горения смеси.
Температура кристаллизации определяет возможность применения топлива в различных климатических условиях.
Вязкость. Увеличение вязкости топлива приводит 1) к повышению расхода топлива; 2) увеличению продолжительности впрыска топлива; 3) ухудшению качества распыливания топлива.
Дизельное топливо обладает смазывающим свойством. Это свойство используется для смазывания деталей топливных систем, например, форсунок, плунжерных пар насоса высокого давления и т.п. Уменьшение вязкости топлива приводит к ухудшению его смазывающих характеристик.
Вязкость дизельного топлива меняется с изменением температуры окружающей среды. С повышением температуры вязкость уменьшается, а с понижением, наоборот, увеличивается. Вязкость также может изменяться и под влиянием других факторов.
Фракционный состав дизельных топлив оценивают также как и бензинов, т. е. по температуре испаряемости 10, 50 и 90%.
Чрезмерное содержание лёгких фракций топлива приводит к их интенсивному испарению и увеличению скорости нарастания давления газов в цилиндре. Работа двигателя при этом сопровождается повышенным механическим шумом, вибрациями и интенсивным износом деталей.
При повышенном содержании тяжёлых углеводородов скорость испарения топлива уменьшается, ухудшается качество смеси, характеристики двигателя снижаются, увеличивается нагароотложение на деталях, дымность и токсичность отработавших газов.
Склонность к воспламенению определяет длительность временного периода от начала впрыскивания топлива в камеру сгорания до момента начала его горения. Данный промежуток времени получил название – «период задержки воспламенения».
Склонность топлива к воспламенению характеризуется цетановым числом и определяется на специальной установке. Исследуемое топливо сравнивается с топливом, цетановое число которого известно. Такие топлива состоят из смеси цетана, воспламеняемость которого принята за 100 единиц, и альфа-метилнафталина, воспламеняемость которого принята за «ноль». Если, например, исследуемое топливо имеет такую же воспламеняемость как смесь, содержащая 45% цетана и 55% альфа-метилнафталина, то его цетановое число равняется «45». Чем выше цетановое число топлива, тем выше его склонность к воспламенению. Цетановые числа, используемых в настоящее время топлив составляют 40 – 50 единиц. Топлива с б о льшим цетановым числом сгорают «мягче», без резкого повышения давления в цилиндре. Топлива с излишне высокой склонностью к воспламенению воспламеняются до распределения в воздушном заряде, что приводит к неполному сгоранию смеси. При использовании топлив с низким цетановым числом увеличивается период задержки воспламенения, в который возрастает количество подготовленной к воспламенению смеси. При воспламенении этой смеси давление в цилиндре резко возрастает, что приводит к жёсткой работе двигателя.
Температура кристаллизации. При низких температурах, растворённые в топливе парафиновые углеводороды кристаллизуются и препятствуют подачи топлива через фильтры к форсункам.
Топливо для дизелей, эксплуатирующихся при температуре от 0°С и выше, обозначают буквой «Л» (летнее), от минус 20°С и выше – буквой «З» (зимнее), от минус 50°С и выше – буквой «А» (арктическое). В маркировке топлива указывают также допустимую массовую долю серы в %. Например, «З – 0,2 – 35» - топливо зимнее, с массовой долей серы – 0,2% и температурой застывания минус 35°С.

Цетановое число топлива связано с его температурными характеристиками. Чем оно меньше, тем ниже температура кристаллизации. Следовательно, зимние топлива с низкой температурой замерзания имеют малое октановое число, что предопределяет более жёсткую работу двигателя.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: