المتطلبات الأساسية للوقود. متطلبات وقود الديزل. مؤشرات الجودة الرئيسية

120- المتطلبات الأساسية للوقود. خصائص تفجير الوقود ، تحديد عدد الأوكتان ، طرق تحسين خصائص تفجير الوقود.

لضمان التشغيل الموثوق والاقتصادي ، يجب أن يفي وقود محركات المكربن ​​بالمتطلبات التالية للحصول على أعلى قيمة حرارية ، وخصائص جيدة لتشكيل المزيج لسهولة بدء تشغيل المحرك ، والانتقال السلس من وضع إلى آخر وتشغيل المحرك المستقر في ظل ظروف مختلفة ؛ ضمان التشغيل الخالي من الضربات في جميع أوضاع التشغيل: إظهار مقاومة لتكوين الكربون ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وزيادة تآكل المحرك ؛ لا تحتوي على شوائب ميكانيكية وماء ، لا تتآكل الأجزاء ؛ لا تغير صفاتهم الأصلية ، أي أن تكون مستقرة أثناء النقل والتخزين ؛ لديها نقطة صب منخفضة لإمكانية ضخ جيدة في درجات الحرارة المنخفضة ؛ ليس لها تأثير ضار على الإنسان والبيئة.

للحصول على الخصائص المرغوبة ، يجب أن يتمتع وقود المكربن ​​بقدرة عالية على التطاير والتركيبة الجزئية الضرورية ، والتي ستعتمد عليها جودة تكوين الخليط والخصائص المضادة للطرق ، مما يضمن اكتمال احتراق الوقود

لضمان التشغيل الاقتصادي الطويل الأمد لمحرك الديزل ، يجب أن يفي الوقود بالمتطلبات التالية ، بالإضافة إلى المتطلبات الأساسية لوقود المكربن. بادئ ذي بدء ، يجب أن يتمتع وقود الديزل بقابلية اشتعال جيدة ، مما يضمن التشغيل السلس للمحرك في ظل ظروف التشغيل المختلفة ؛ لديها اللزوجة المناسبة للتزييت الموثوق به لأجزاء معدات إمداد الوقود ، ولديها قدرة جيدة على الضخ من خلال البطاريات في درجات حرارة مختلفة بيئة؛ لا تحتوي على أحماض وقلويات قابلة للذوبان في الماء ، ومركبات كبريتية ، وشوائب ميكانيكية ، وماء تؤثر سلبًا على موثوقية الأزواج الدقيقة لمعدات الوقود (فوهات الفوهة ، وأزواج الغطاس من مضخات الضغط العالي ، وما إلى ذلك).

تسمى مقاومة الهيدروكربونات للتغيرات الكيميائية في مرحلة البخار في ظل ظروف غرفة احتراق المحرك بمقاومة الضربة. لتحديد مقاومة القرقعة للبنزين ، يتم استخدام طريقة مقارنة مقاومة الصدمات للبنزين المدروس مع مقاومة الصدمات للوقود المرجعي.الوقود المرجعي هو خليط من اثنين من الهيدروكربونات البرافينية الفردية: C 8 H 18 isooctane و C 7 H 16 هيبتان عادي. مقاومة تفجير الأيزوكتان عالية جدًا وتقدر بـ 100 وحدة.

الهبتان العادي لديه مقاومة تفجير منخفضة تقدر بـ 0 وحدة.

المؤشر المقدر لمقاومة طرق البنزين هو رقم الأوكتان. هذا مؤشر يساوي عدديًا النسبة المئوية (بالحجم) من isooctane في مثل هذا الخليط مع H-heptane. وهو ما يعادل مقاومة الصدمات لوقود الاختبار عند اختباره على محرك قياسي في نفس الظروف. إذا ثبت أن مقاومة القرقعة للبنزين هي نفسها لمزيج يحتوي على 93٪ أيزو أوكتان و 7٪ H- هيبتان ، فإن رقم أوكتان البنزين يكون 93. وكلما زادت مقاومة الصدمات للبنزين ، زادت رقم الأوكتان الخاص به.

يتم تحديد أرقام الأوكتان للبنزين بواسطة طريقة المحرك في وحدات IT9-2M أو UIT-65 (GOST 511-66) ، من خلال طريقة البحث في وحدات IT9-6 أو UIT-65 (GOST 822-66) وبواسطة طريقة اختبار التفجير على محركات السيارات في ظروف الطريق (GOST 10373-75).

أثناء الاختبارات في التركيبات أحادية الأسطوانة IT9-2M وغيرها ، من الممكن تغيير نسبة الضغط e من 4 إلى 10. من خلال تغيير نسبة الضغط ، يتم ملاحظة مظهر التفجير ويتم العثور على تركيبة خليط العمل عند شدة التفجير متوسطة. يتم تحديد لحظة التفجير باستخدام جهاز إلكتروني خاص - جهاز قياس الضغط. بعد ذلك ، يتم اختيار هذا المزيج من الأيزوكتان مع H- هيبتان الذي من شأنه أن ينفجر في ظل الظروف المعينة بنفس طريقة وقود الاختبار.

طريقة البحث لتحديد أعداد أوكتان البنزين من خلال طريقة تشغيل المحرك أقل إجهادًا. لذلك ، فإن رقم الأوكتان وفقًا لطريقة البحث أعلى قليلاً (بمقدار 7 ... 10 وحدات) مما تحدده طريقة المحرك.

توصيف طريقة البحث بشكل أفضل الخصائص المضادة للخبط للبنزين عندما يعمل المحرك في ظروف القيادة الحضرية مع انخفاض الضغط الحراري للمحرك.في ظروف الطريق القاسية ، تكون مقاومة الصدمات الفعلية للبنزين أقرب إلى رقم الأوكتان المحدد بواسطة طريقة المحرك.

يتم إدخال الفهرس "i" في وسم البنزين ، حيث يتم تحديد رقم الأوكتان من خلال طريقة البحث ، على سبيل المثال ، AI-93 ، AI-95 ، AI-98.

إذا تجاوزت أعداد أوكتان البنزين 100 وحدة ، يتم تحديدها من خلال مقارنة البنزين مع أيزوكتان ، والذي يضاف مع الرصاص رباعي الإيثيل المضاد للانزعاج (TES). يسمى الاختلاف في أرقام الأوكتان للمحرك وطرق البحث في تحديد حساسية البنزين. يعتمد ذلك على التركيب الفيزيائي والجزئي للبنزين.

يمكن تحديد عدد أوكتان البنزين من خلال الصيغة التي تميز طريقة المحرك

أين ص. - رقم الأوكتان حسب طريقة المحرك (IT9-2M) ؛

ε- نسبة الضغط

د ج - قطر الاسطوانة ، مم.

تتميز مقاومة القرقعة للجازولين على الخليط الخالي من الدهن برقم أوكتان ، وعلى خليط غني - حسب الدرجة. تعتبر درجة البنزين مؤشرًا لمقاومته للقرص في خليط غني ، والذي يميز النسبة المئوية لقوة المحرك عند التشغيل على البنزين الذي تم اختباره ، مقارنة بقوة المحرك التي يتم الحصول عليها عند التشغيل على مرجع isooctane. على سبيل المثال ، في 95/130 العلامة التجارية لبنزين الطائرات ، يعني البسط أن المقام هو الدرجة. تعني الدرجة 130 أنه على هذا البنزين ، فإن محركًا قياسيًا أحادي الأسطوانة في خليط غني يطور الطاقة عند 30% أعلى من المرجع الفني isooctane ، حيث يتم أخذ درجته على أنه 100.

عند تحديد درجة البنزين ، يتم استخدام الصيغة

حيث C هي درجة بنزين الطيران ؛ O - رقم الأوكتان.

لزيادة مقاومة الضرب بالبنزين ، تتم إضافة عوامل مانعة للانزعاج إلى الوقود ، والتي يتم استخدامها

كيماويات خاصة. هذه الطريقة هي الأكثر اقتصادا وفعالية مقارنة بالإجراءات الأخرى المعروفة ، مثل تحسين تكنولوجيا معالجة وتكرير البنزين ، واختيار المواد الخام الزيتية عالية الجودة ، وتغيير هيكل الهيدروكربونات.

يستخدم رباعي إيثيل الرصاص (TES) على نطاق واسع كعوامل مانعة للانزعاج. يمنع TPP تكوين مركبات البيروكسيد في الوقود ، مما يقلل من إمكانية التفجير

عيب TPP كعامل مضاد للانفجار هو الإزالة غير الكاملة للرصاص من غرفة احتراق المحرك إلى جانب غازات العادم.

من أجل منع هذه الظاهرة ، يتم إضافة مركبات عضوية من البروم والكلوريد ، تسمى كاسحات الرصاص ، إلى محطات الطاقة الحرارية ، مما يساعد على إزالة الرصاص من غرفة الاحتراق إلى جانب غازات العادم.

الحد الأقصى لمقدار TPP لبنزين المحرك هو 0.82 جم لكل 1 كجم من البنزين ويتم تحديده من خلال اعتبارات السمية.

في السنوات الأخيرة ، تم تنظيم الإنتاج الصناعي لرباعي ميثيل الرصاص (TMS) كعامل أكثر فاعلية ضد الاحتكاك. لديها درجة حرارة تحلل أعلى وفي البنزين عالي الأوكتان يكون أكثر كفاءة من TPP بمقدار 0.5 ... 1.0 وحدة أوكتان.

في الآونة الأخيرة ، تم استخدام عوامل مانعة للانفجار أكثر فعالية تعتمد على المنجنيز ومركباته ، وهي قادرة على زيادة مقاومة الصدمات لكل من البنزين النقي المحتوي على الرصاص ، ويجب اعتبار عيوب هذه المركبات انخفاضًا في متانة المحركات.

رقم سيتاناهي خاصية اشتعال ضغط الوقود. تؤدي زيادة رقم السيتان إلى تقليل وقت تدوير المحرك لبدء التشغيل ، كما تقلل بشكل كبير من انبعاثات المواد الضارة واستهلاك الوقود والضوضاء.

مؤشر السيتان- هذا هو رقم السيتان للوقود ، والذي يتم حسابه بناءً على قياس خصائص الوقود. يتم تحديد رقم السيتان في محرك اختبار ويعكس تأثير إضافات الوقود التي تعمل على تحسين رقم السيتان للوقود.

مؤشر السيتان ورقم السيتان لهما تأثيرات مختلفة على أداء السيارة. لذلك ، من أجل تجنب جرعة زائدة من إضافات الوقود ، من الضروري الحفاظ على الحد الأدنى من الفرق بين مؤشر السيتان ورقم السيتان.

الكثافة واللزوجة الحركية.تؤدي التغييرات في الكثافة (واللزوجة الحركية) للوقود إلى تغيير في قوة المحرك ، وبالتالي إلى تغيير في انبعاثات المحرك واستهلاك الوقود. لتحسين أداء المحرك وانبعاثات العادم ، يجب تحديد الحد الأدنى والحد الأقصى للكثافة ضمن نطاق ضيق إلى حد ما.

ستعمل الكثافة المنخفضة على تقليل انبعاثات الجسيمات من الجميع مركبات الديزلوانبعاثات أكاسيد النيتروجين من المركبات الثقيلة. ومع ذلك ، فإن الكثافة المنخفضة ستزيد أيضًا من استهلاك الوقود وتقلل من إنتاج الطاقة من المحرك. يمكن أن تؤدي التغييرات في اللزوجة الحركية للوقود (عادةً ما تؤدي الكثافة المنخفضة إلى انخفاض اللزوجة) إلى زيادة تأثير الكثافة على القدرة الحصانية (ولكن ليس بالضرورة على استهلاك الوقود) ، خاصةً عند دمجها مع مضخات الوقود من نوع الموزع.

يتم ضبط محركات الديزل المتسلسلة على بعض الكثافة القياسية التي تحدد كمية الوقود المحقون. حجم حقن الوقود هو معلمة تحكم لأنظمة معالجة غاز العادم مثل نظام إعادة تدوير غاز العادم (EGR). وبالتالي ، تؤدي التغييرات في كثافة الوقود إلى مستويات دون المستوى الأمثل من EGR لحمولة معينة وسرعة معينة مقارنة بتلك المبرمجة في السيارة ، ونتيجة لذلك ، تؤثر على خصائص غازات العادم.

يعتمد التحكم في توصيل الوقود والحقن أيضًا على لزوجة الوقود. يمكن أن تقلل اللزوجة العالية من معدل استهلاك الوقود ، مما يؤدي إلى عدم كفاية إمدادات الوقود. يمكن أن تؤدي اللزوجة العالية جدًا للوقود إلى تشوه المضخة. من ناحية أخرى ، ستؤدي اللزوجة المنخفضة إلى زيادة التسرب من عناصر الضخ وفي أسوأ الحالات (اللزوجة المنخفضة بالإضافة إلى درجة الحرارة المرتفعة) يمكن أن يؤدي إلى فقد كامل للوقود بسبب التسرب. نظرًا لأن اللزوجة تتأثر بدرجة الحرارة المحيطة ، فمن المهم تقليل النطاق بين حدود اللزوجة الدنيا والقصوى من أجل تحسين أداء المحرك.

كبريتهو مكون طبيعي من النفط الخام. إذا لم تتم إزالة الكبريت أثناء عملية التكرير ، فسوف يلوث وقود السيارات. يحدد الكبريت الموجود في وقود الديزل كمية الجسيمات الدقيقة (PM) المنبعثة في غازات العادم بسبب تكون الكبريتات ، سواء في المحرك أو في الغلاف الجوي لاحقًا. يمكن أن يؤدي الكبريت إلى تآكل وتآكل أنظمة المحرك. علاوة على ذلك ، تقل كفاءة بعض أنظمة تنظيف غاز العادم مع زيادة تركيز الكبريت في الوقود ، بينما تفشل الأنظمة الأخرى تمامًا بسبب التسمم بالكبريت. إن تأثير الكبريت على انبعاثات الجسيمات معترف به جيدًا ويعتبر مهمًا.

مرشحات الجسيمات.تعد مرشحات جسيمات الديزل ذات التجديد المستمر (DPPF) ومرشحات جسيمات الديزل الحفازة (CDPF) طريقتين لتجديد مرشحات جسيمات الديزل (DPPF). ينفذ DFTCHNR تجديد المرشح عن طريق توليد NO 2 باستمرار من NO المنبعث من المحرك على محفز أكسدة الديزل الموضوع قبل DPTCHNR. يقوم CPFC بتجديد CPFC باستخدام طلاء محفز على عنصر CPFC للمساعدة في أكسدة الجسيمات المجمعة باستخدام الأكسجين الموجود في عادم الديزل.

الهيدروكربونات العطريةهي جزيئات الوقود التي تحتوي على حلقة بنزين واحدة على الأقل. يؤثر محتوى الهيدروكربونات العطرية في وقود الديزل على درجة حرارة الاحتراق وبالتالي انبعاثات أكاسيد النيتروجين أثناء الاحتراق. تؤثر الهيدروكربونات متعددة الحلقات في الوقود على الجسيمات وانبعاثات الهيدروكربون متعدد الحلقات (PAH) من محرك الديزل.

تكوين كسري.يوضح منحنى التركيب الجزئي لوقود الديزل كمية الوقود التي ستغلي عند درجة حرارة معينة. تؤثر الأجزاء الخفيفة الموجودة في الوقود على سهولة البدء. تؤدي الكسور الثقيلة جدًا إلى فحم الكوك وزيادة انبعاثات السخام والدخان والجسيمات.

السيولة في درجات حرارة منخفضة.يمكن أن يحتوي وقود الديزل على نسبة عالية (تصل إلى 20٪) من البارافينات ، والتي لها قابلية محدودة للذوبان في الوقود ، وإذا تم تبريدها بدرجة كافية ، فإنها ستخرج من المحلول على شكل برافين صلب. لذلك ، السيولة الكافية في درجات الحرارة المنخفضة هي واحدة من الخصائص الرئيسيةديزل. عادة ما يتم تحديد السيولة عند درجات الحرارة المنخفضة من خلال التركيب الجزئي للوقود وتكوين الهيدروكربون (محتوى البارافينات والنفثين والهيدروكربونات العطرية) واستخدام إضافات الوقود.

يجب تحديد مواصفات سيولة وقود الديزل عند درجات الحرارة المنخفضة وفقًا للاحتياجات الموسمية والمناخية للمنطقة التي يستخدم فيها هذا الوقود. يعتبر الشمع في أنظمة وقود السيارات مصدرًا محتملاً لمشاكل الأداء. لذلك ، يتم تحديد خصائص درجات الحرارة المنخفضة لوقود الديزل من خلال الاختبارات المتعلقة بتكوين البارافين:

• نقطة السحب - درجة الحرارة التي يبدأ عندها ترسيب أثقل البارافينات وتشكيل بلورات الشمع: يصبح الوقود "عكرًا" ؛
• درجة حرارة الحد من قابلية الترشيح - أدنى درجة حرارة يمكن أن يمر عندها الوقود عبر مرشح أثناء اختبار الترشيح القياسي ؛
• نقطة الصب - يستخدم هذا المؤشر في أسواق الولايات المتحدة الأمريكية وكندا.

الإرغاء.يميل وقود الديزل إلى تكوين رغوة أثناء التزود بالوقود. خزان الوقود، مما يؤدي إلى إبطاء هذه العملية ويسبب خطر حدوث تجاوز. تُضاف المضافات المضادة للرغوة أحيانًا إلى وقود الديزل ، غالبًا كجزء من حزمة مضافة متعددة الوظائف ، لتسريع وضمان ملء خزانات السيارة بشكل كامل. يقلل استخدامها أيضًا من فرصة انسكاب الوقود على الأرض. تعتبر خافضات التوتر السطحي المصنوعة من السيليكون فعالة في التحكم في ميل رغوة وقود الديزل. من المهم ألا تسبب المادة المضافة المضادة للرغوة المختارة أي مشاكل تتعلق بالموثوقية طويلة المدى لأنظمة معالجة غاز العادم.

الاثيرات الزيوت النباتية يتم استخدام (ERM) بشكل متزايد كمورد إضافي لوقود الديزل أو كبديل لوقود الديزل. ويرجع ذلك إلى جهود بعض الدول لاستخدام المنتجات الزراعية أو تقليل الاعتماد على المنتجات البترولية المستوردة. هناك أدلة على أن هذه المنتجات لها تأثير إيجابي على الأداء البيئي. ومع ذلك ، هناك شكوك حول استخدام هذه الإسترات في وقود الديزل عالي الجودة.

تتمثل المزايا التقنية لإيثر الميثيل بشكل أساسي في أنها توفر تزييتًا لمعدات الوقود ، والتي تتدهور عند إزالة الكبريت من وقود الديزل ، وتقلل من انبعاثات الجسيمات مع غازات العادم. عيوب استرات الميثيل هي كما يلي:

• تتطلب احتياطات خاصة في درجات الحرارة المنخفضة لتجنب نمو اللزوجة المفرط وفقدان السيولة. قد تكون هناك حاجة إلى إضافات الوقود لتصحيح هذه المشاكل ؛
• نظرًا لأن هذه الإسترات مسترطبة ، يلزم اتخاذ احتياطات خاصة لمنع ارتفاع محتوى الماء وما يترتب على ذلك من مخاطر التآكل ؛
• يزيد من الميل لتكوين الرواسب ، لذلك يوصى بشدة بمعالجة وقود الديزل بمضافات المنظفات ؛
• الحشيات والمواد المركبة في نظام الوقودتتعرض لإسترات الميثيل إذا لم تتطابق مع هذا الوقود.

بالنظر إلى التأثير التقني للإيثرات ، فإن محتواها يقتصر على 5٪. يتطلب استخدام الإيثرات بتركيزات أعلى تكييف المحركات مع هذا النوع من الوقود.

نظافة حاقن الوقود.يعتمد التشغيل المستقر للمحرك على جودة حاقن الوقود. إذا كانت ملوثة ، سيكون هناك زيادة في الضوضاء والدخان والانبعاثات.

يتعرض طرف حاقن الوقود لضغوط شديدة للغاية ، حيث يقع مباشرة في منطقة الاحتراق ، في كل من المحركات الأولية ومحركات الحقن المباشر. تشكل منتجات الاحتراق الصلبة رواسب على طرف حاقن الوقود ، مما يؤثر بشكل كبير على أداء الحاقن. في المحركات السابقة ، تعمل الرواسب على منع إمداد الوقود غير المنقطع جزئيًا عند التحميل الجزئي ، ويمكن أن يصبح الاحتراق أكثر استقرارًا. وبالمثل ، في محركات الحقن المباشر ، فإن الانسداد الجزئي أو الكامل لأحد فتحات الرش الدقيقة سوف يتداخل مع ترذيذ الوقود النفاث وتشغيل المحرك.

في حالة المحركات ذات الفتحة ، لا يمكن تجنب فحم الكوك بسبب نوع حاقن الوقود المستخدم ويجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند اختيار الحاقن. ومع ذلك ، فإن مستوى فحم الكوك يعتمد أيضًا على جودة الوقود. حاقنات الوقود في محركات الحقن المباشر بطبيعتها أكثر مقاومة لفحم الكوك ، ولكن جودة الوقود الرديئة يمكن أن تؤدي في النهاية إلى انسداد الفوهات.

يجب البحث عن حل لهذه المشكلة في استخدام إضافات المنظفات في الوقود. يمكن للجرعات الكبيرة من هذه المواد المضافة أن تغسل جزئيًا حاقن وقود فحم الكوك بشدة ، في حين أن الجرعات الأصغر يمكن أن تحافظ على مستوى مقبول من نظافة الحاقن. يقوم العديد من موزعي الوقود بتضمين إضافات الوقود هذه في وقود الديزل التجاري. ستصبح نظافة حاقن الوقود أكثر أهمية في المستقبل القريب حيث يتم استخدام أنظمة الحقن بالضغط العالي بشكل متزايد في كل من محركات الحقن المباشر الثقيلة والخفيفة.

مداهنة.تم تصميم مضخات وقود الديزل التي لا تحتوي على أنظمة تزييت خارجية لخصائص التشحيم لوقود الديزل نفسه. عمليات التكرير التي يتم إجراؤها لإزالة الكبريت من وقود الديزل في نفس الوقت تقلل من كمية مكونات الوقود التي توفر تزييتًا طبيعيًا. يمكن أن يؤدي التشحيم غير الكافي إلى زيادة انبعاثات العادم وزيادة التآكل مضخه وقودوفي بعض الحالات ، الأعطال العرضية.