Топливо для дизельных двигателей. Основные требования к дизельному топливу

04.02.2018

Параметр	«Топливо дизельное. Технические условия»	ГОСТ Р 52368-2005. «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия»	Технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному топливу…»
Цетановое число, ед., не ниже		для холодного и арктического климата: классы 1,2 – 49,0, класс 3 – 48,0, классы 4,5 – 47,0	Класс 2 – 45,0 Класс 3, 4, 5 – 51,0 Для ДТ для холодного и арктического климата – 47,0
Полициклические ароматические углеводороды, % по массе, не более	Не нормированы		Класс 2 – не нормированы; Класс 3 и выше – 11,0
Массовая доля серы, ppm, не более	Вид I – 5000 (для арктического ДТ - 4000) Вид II - 2000	Вид I – 350; вид II – 50; вид III – 10	Класс 2 – 500; класс 3 – 350; класс 4 – 50; класс 5 - 10
Температура вспышки в закрытом тигле, 0 С, не выше	Для дизелей общего назначения: летнее – 40, зимнее – 35, арктическое – 30		для арктического климата – 30
Смазывающая способность: скорректированный диаметр пятна контакта, мкм, не более	Не нормируется
Предельная температура фильтруемости, 0 С, не ниже	Летнее – 5 зимнее, арктическое – не нормируется	Для умеренного климата по сортам: А: 5; В:0; С:-5; D:-10; E:-15;F:-20	Для холодного климата: -20 Для арктического климата: -38

Современный дизель очень чувствителен к качеству топлива. Не нужно заправлять старый дизель современной соляркой, а новый – древней. Евро IV допускает содержание серы только 50 ppm (то есть 50 частей на миллион), а Евро V вообще выводит на предел определяемости – 10 ppm.

(Кстати, надпись «ЕВРО IV на колонке – чаще всего маркетинговый ход. Такого в наших ГОСТах нет!»).

Это соответственно в 100 и в 500 раз меньше. У «ЛУКОЙЛА» всего 60 ppm. В современных нормативных документах на дизтопливо жестко нормируется его смазывающая способность – характеристика противоизносных свойств (диаметр пятна контакта). Вместо серы и сернистых соединений роль смазки выполняют специальные присадки (У «ЛУКОЙЛА» пятно контакта самое маленькое – 268 мкм – это хорошо). Для рабочего процесса любого дизеля важны не содержание серы, канцерогенов (полициклические ароматические углеводороды – потенциальные носители канцерогенов – бенз(а)пирена) или смазывающая способность, а его состав, цетановое число, вязкость, плотность, коэффициент поверхностного натяжения, наличие катализаторов горения. Кроме того, важной задачей является снижение смол, механических примесей, воды и т.д. Концентрация 0,01-0,03% (100-300 ppm) – это вполне приемлемый и безопасный уровень содержания серы.

10. Контроль качества дизельного топлива

Кинематическая вязкость. В топливах для быстроходных дизельных двигателей нормируется кинематическая вязкость при 20 °С, а для тихоходных - при 50 °С. При данных температурах в соответствии с требованием ГОСТ 33-66 вязкость можно определять в вискозиметрах типа ВПЖ-1, ВПЖ-2 и Пинкевича. Вискозиметры ВПЖ-1 рекомендуются для определения вязкости прозрачных (просвечивающихся) жидкостей при положительных температурах, а ВПЖ-2 и Пинкевича как при положительных, так и отрицательных температурах. Вискозиметры выпускаются с разными диаметрами капилляров, что позволяет определять вязкость от 0,6 до 30 000 сСт. Вискозиметр нужно подбирать так, чтобы время движения жидкости при проведении опыта было не менее 200 и не более 600 с. Вязкость дизельных топлив определяют при 20 °С.

Вязкость дизельных топлив должна быть оптимальной . Как слишком малая вязкость, так и слишком большая нарушают работу топливоподающей аппаратуры, процессы смесеобразования и сгорания топлива. В ГОСТах на топлива для быстроходных дизельных двигателей нормируются нижний и верхний пределы кинематической вязкости при 20 °С.

При пониженной вязкости топливо просачивается через зазоры в плунжерной паре топливного насоса, нарушается дозировка топлива, уменьшается цикловая подача. Топливо может подтекать через отверстия форсунок, что вызывает повышенное нагарообразование. Топливом смазываются прецизионные пары топливного насоса, при уменьшении вязкости смазочные свойства ухудшаются, что может привести к повышенному износу топливной аппаратуры.

Давление, создаваемое ТНВД настолько велико, что смазывающие свойства дизельного топлива для его деталей жизненно важны.

При распыливании маловязкого топлива образуются более мелкие и однородные по размеру капли. Это улучшает процессы испарения, смесеобразования и сгорания. При отрицательных температурах топливо с невысокой вязкостью обладает лучшей текучестью в трубопроводах, фильтрах тонкой очистки, насосах, затрачивается меньше энергии на преодоление внутреннего трения.

Если топливо обладает большой вязкостью , то при распыливании образуются крупные капли, поэтому требуется больше времени на испарение, что приводит к неполному сгоранию топлива и дымлению двигателя, увеличивается нагарообразование, повышается расход топлива. Особенно сильно влияет повышенная вязкость на пусковые свойства зимой. При повышении температуры вязкость уменьшается незначительно, а при отрицательных температурах резко повышается (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость вязкости дизельных топлив от температуры

Чем выше началь ное значение вязкости (+20 °С), тем сильнее изменения, происходящие при понижении температуры, что приводит к резкому возрастанию сопротивления при движении жидкости по топливопроводам, в результате чего может нарушаться нормальная подача топлива и работа насоса высокого давления. Поэтому вязкость зимних сортов дизельных топлив должна быть меньше, чем летних.

Испытаниями установлено, что оптимальная вязкость топлив для быстроходных дизелей при 20 °С находится в пределах 2,0-6,0 сСт, причем летние топлива должны иметь вязкость ближе к верхнему пределу, а зимние - к нижнему.

Низкотемпературные свойства. Важной эксплуатационной характеристикой дизельного топлива являются его низкотемпературные свойства, которые определяют подвижность топлива при отрицательных температурах. Низкотемпературные свойства оцениваются температурами помутнения, начала кристаллизации и застывания.

Температурой помутнения называют температуру, при которой теряется фазовая однородность топлива. Визуально топливо начинает мутнеть из-за выделения мельчайших капелек воды, микроскопических кристаллов льда или твердых углеводородов. Постепенно при понижении температуры количество твердой фазы увеличивается, кристаллы растут. Температуру, при которой в топливе появляются первые кристаллы, видимые невооруженным глазом, называют температурой начала кристаллизации. Температура полной потери подвижности носит название температуры застывания.

Определение температур помутнения и застывания . Общий вид прибора для оценки низкотемпературных свойств дизельных топлив показан на рис. 5.

В пробирку 5 наливают испытуемое топливо в таком количестве, чтобы ртутный шарик термометра 2 был в середине жидкости. Пробирку плотно закрывают пробкой 3 с укрепленным в ней термометром. Собранную пробирку 5 помещают в воздушную ванну, которой служит другая пробирка 6, большего диаметра. В стакан 4 с охлаждающей смесью помещают термометр 1. В качестве охлаждающей смеси можно использовать многие составы. При испытании летних сортов дизельных топлив можно пользоваться смесью снега и поваренной соли. При испытании зимних сортов удобно работать с твердой углекислотой (сухой лед). Сухой лед небольшими кусочками (пинцетом) опускают в бензин, происходит интенсивное испарение углекислого газа, что вызывает понижение температуры. Температура до минус 45-50° достигается легко, а этого вполне достаточно для испытания зимних топлив.

Помешивая охлаждающую смесь, понижают ее температуру примерно до 0 °С. Затем в охлаждающую смесь в вертикальном положении устанавливают собранный прибор и по термометру 2 следят за понижением температуры испытуемого топлива.

Начиная от +5 °С может нарушаться фазовая однородность топлива. Для определения температуры помутнения прибор быстро вынимают из охлаждающей смеси и в проходящем свете наблюдают за изменением внешнего вида топлива. Если образец остается прозрачным, прибор помещают в охлаждающую смесь и понижают температуру до 0 °С (помешивая смесь). При проведении опыта нужно постепенно понижать температуру охлаждающей смеси так, чтобы разница между температурами смеси и топлива была не больше 5-7 °С.

Наблюдения за изменением состояния топлива повторяют при понижении температуры через каждые 5 °С. Отмечают первую температуру, при которой замечено изменение фазовой однородности (помутнение). После этого продолжают понижать температуру до тех пор, пока топливо не застынет (т. е. не потеряет подвижность). При температуре застывания уровень топлива в пробирке, находящейся в охлаждающей смеси и наклоненной под углом 45°, должен оставаться неподвижным в течение 1 мин. В этом опыте температуры помутнения и застывания можно определить с точностью до 5 °С. Для большей точности нужно очень медленно понижать температуру охлаждающей смеси и наблюдать за изменением состояния топлива через каждые 2-3 °С.

Температуры помутнения, кристаллизации и застыва ния зависят от химического состава дизельных топлив. У парафиновых углеводородов эти температуры очень высокие, часто даже положительные, поэтому нефти парафинового основания используют для получения летних сортов дизельных топлив. Многие нафтеновые углеводороды имеют низкие температуры застывания (ниже минус 50 °С). Зимние сорта дизельных топлив вырабатывают из нефтей с высоким содержанием нафтеновых углеводородов. Подбирая сырье, технологию его переработки и очистки, получают зимние сорта дизельных топлив с температурами застывания минус 45 или минус 30 0 С. Содержание ароматических и непредельных углеводородов в дизельных топливах крайне нежелательна: первые имеют высокие температуры застывания и ухудшают качество горения, вторые снижают стабильность.

Оценка качества дизтоплива по нагарообразованию . Способность обеспечивать чистоту деталей двигателя и топливоподающей системы - очень важный эксплуатационный показатель топлива для быстроходных двигателей. Особенно большие неприятности создает закоксовыва-ние отверстий распылителей форсунок. Кроме этого, нагар и другие углеродистые отложения образуются в камере сгорания, на клапанах, глушителях, в продувочных окнах (двухтактные двигатели) и др. Закоксовывание форсунок ухудшает распыл топлива, снижает его цикловую подачу, а иногда и прекращает подачу топлива. Нагароотложения ведут к перегреву двигателя, а, следовательно, к снижению его мощности и экономичности.

Повышенному накоплению нагара способствуют неполнота сгорания топлива, которая может быть из-за повышенной вязкости и тяжелого фракционного состава, снижения давления впрыска, износов деталей форсунки, а главное, наличия в топливе высокомолекулярных смолистых веществ, лакообразующих соединений, повышенной зольности и наличия механических примесей. На накопление в топливе смолистых веществ существенно влияет его стабильность, т. е. способность сохранения физико-химического состава и свойств топлива при хранении. Наихудшей стабильностью обладают непредельные углеводороды, которые под действием времени, температуры, кислорода воздуха образуют смолы и органические кислоты, поэтому содержание непредельных углеводородов в дизельных топливах не допускается.

Показатели качества дизельного топлива, влияющие на образование нагара и нормируемые ГОСТом, следующие: коксовое число, или коксуемость, содержание фак тических смол, золы, механических примесей, часто также определяется содержание лака. Но полностью ни один из этих параметров не характеризует эксплуатационных свойств топлива.

Коксовое число - способность топлива давать углистый остаток после его испарения и разложения без доступа воздуха при температуре 800 °С. Количество остатка зависит от вязкости, фракционного состава топлива и глубины его очистки от смолисто-асфальтовых соединений. Допускается коксовое число не более 0,05%. Поскольку эта величина очень невелика, часто определяют коксуемость 10% остатка топлива после его разгонки. В этом случае допустимая величина кокса для топлив, используемых в быстроходных дизелях, будет в 10 раз больше, т. е. 0,5%.

Фактические смолы . Высокомолекулярные продукты, содержащиеся в топливе в момент определения в виде твердых или полужидких веществ, остающихся после испарения топлива. Количество фактических смол определяется при температуре 250 °С.

Зола - минеральный остаток после сжигания топлива в атмосфере воздуха при температуре 800-850 °С. Зола, остающаяся после сгорания топлива, участвует в образовании нагара и, кроме этого, увеличивает износ деталей, поэтому ее содержание строго ограничено и не может превышать 0,02%.

Определение склонности топлива к лакообразованию . Хорошим показателем, оценивающим склонность топлива к образованию высокотемпературных отложений, на наш взгляд, является содержание в нем лакообразующих веществ. Прибор показан на рис. 6.

Основные требования к дизельным топливамОбеспечивать хороший пуск двигателя, т.е.
воспламеняться с малой задержкой.
Иметь оптимальный фракционный состав и вязкость,
обеспечивающие хорошую испаряемость, распыление
топлива и смазку насоса.
Давать малое нагарообразование.
Обеспечивать установленные требованиями
низкотемпературные свойства.
Не вызывать коррозию оборудования, иметь низкую
кислотность.

Дизельные топлива

По ГОСТ выпускаются ДТ:
- для быстроходных дизелей
оборотов коленчатого вала более 1000 об/мин);
- для тихоходных дизелей
вращения коленчатого вала менее 1000 об/мин).
(с числом
(с частотой
По техническим условиям выпускаются ДТ:
- экспортные ДЛЭ, ДЗЭ;
- с депрессорными присадками ДЗп, ДАп;
- экологически чистые и с улучшенными экологическими свойствами
(содержание серы 0,01 и 0,005 %) ДЭК-Л, ДЭК-З, ДЛЭЧ, ДЗЭЧ и др.

Дизельные топлива

Для быстроходных дизелей используются
нефтяные фракции выкипающие в
пределах 180-350 ºС
Для тихоходных дизелей используются
более тяжелые нефтяные фракции (240-350
ºС)

Дизельные топлива для быстроходных дизелей

Дизельные
топлива
Летнее (ДЛ)
Зимнее (ДЗ)
Арктическое (ДА)
Не выше
минус 10 ºС
Не выше
минус 35 ºС
Не выше
минус 50 ºС
85%
14%
1%

Основные показатели качества

Воспламеняемость
Испаряемость
Вязкость
Коррозионная активность
Низкотемпературные свойства
Экологические свойства

Воспламеняемость

Воспламеняемость характеризует способность ДТ к
самовоспламенению в среде разогретого от адиабатического
сжатия в цилиндре двигателя воздуха
Время с момента впрыска жидкого топлива в камеру сгорания до
самовоспламенения называется индукционным периодом
топлива (период задержки воспламенения)
Чем меньше индукционный период, тем плавнее протекает
сгорание, тем выше качество ДТ

Воспламеняемость (ЦЧ)

Наименьший индукционный период имеют нормальные парафины
Наибольший – ароматические углеводороды
Промежуточное положение занимают - нафтеновые
Разница в индукционном периоде дала возможность выбрать
эталоны для определения качества ДТ
Мерой воспламеняемости ДТ принято считать цетановое
число (ЦЧ)
Эталоны
- цетан (н-гексадекан С16Н34) - воспламеняемость принята за 100
единиц ЦЧ (ЦЧ=100)
- α-метилнафталин - воспламеняемость принята за 0 (ЦЧ=0).

10. Цетановое число углеводородов

Углеводороды
Цетановое число
Парафиновые
60-100
Олефиновые
50-90
Нафтеновые
20-40
Ароматические
0-30

11. Воспламеняемость (ЦЧ)

ЦЧ - показатель воспламеняемости ДТ, численно равный
процентному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином,
которая по самовоспламеняемости в стандартном двигателе
эквивалентна испытуемому топливу.
Определение воспламеняемости ДТ производится на
специальной установке со стандартным одноцилиндровым
двигателем ИТ9-3 и заключается в сравнении испытуемого топлива
с эталонными топливами
Методы определения
- по критической степени сжатия
- по периоду запаздывания воспламенения
- по совпадению вспышек

12. Воспламеняемость (расчет ЦЧ)

Расчетные методы определения ЦЧ:
ЦЧ = tа – 15,5
где tа – температура анилиновой точки
ЦЧ = 0,85П + 0,1Н - 0,2А
где П, Н, А – содержание в топливе парафиновых, нафтеновых и
ароматических углеводородов в % мас. Соответственно
ЦЧ = 60 – 0,5ОЧ
где ОЧ – октановое число топлива

13. Воспламеняемость

Товарные ДТ должны иметь ЦЧ в определенных оптимальных
пределах:
- Применение топлив с ЦЧ < 40 приводит к жесткой работе дизеля и
ухудшению пусковых свойств топлива.
- Повышение ЦЧ > 55 нецелесообразно, т. к. возрастает удельный
расход топлива в результате уменьшения полноты сгорания;
возрастает дымность выхлопных газов.
ЦЧ ДТ зависит от его фракционного состава и химического
состава
В ГОСТах ЦЧ ДТ нормируется в пределах 45–55.

14. Воспламеняемость (присадки)

Для повышения ЦЧ товарных ДТ применяют специальные
присадки, улучшающие воспламеняемость топлив (изопропил-,
амил- или циклогексилнитраты и их смеси).
Их добавляют к топливу не более 1% масс, преимущественно к
зимним и арктическим сортам, а также к низкоцетановым
топливам.
Присадки позволяют:
- повысить ЦЧ на 10-12 единиц;
- улучшить пусковые характеристики;
- уменьшить нагарообразование.

15. Воспламеняемость

Положительное влияние на работу дизеля оказывают:
- повышение степени сжатия;
- увеличение числа оборотов коленчатого вала;
- применение для изготовления блока цилиндров металла с
низкой теплопроводностью, например чугуна;
- применение топлив с оптимальной воспламеняемостью.
Работу дизеля ухудшают повышение влажности воздуха и
низкие температуры окружающего воздуха.

16. Испаряемость ДТ

Испаряемость ДТ – оценивается фракционным составом
Пусковые свойства ДТ оцениваются t 50%. Чем ниже эта
температура, тем легче запуск дизеля
tн.к. ДТ должна составить 180–200°С, т.к. наличие бензиновых
фракций ухудшает их воспламеняемость и пусковые свойства,
повышает пожароопасность
Нормируеется t 96% в пределах 330–360 °С - характеризует
присутствие в топливе высококипящих фракций, которые могут
ухудшить смесеобразование и увеличить дымность отработавших
газов.

17. Вязкость ДТ

Топливо в системе питания дизельного двигателя выполняет
одновременно и роль смазочного материала
Ограничивают нижний и верхний допустимые пределы
кинематической вязкости при 20 °С (в пределах от 1,5 до 6,0 сСт).
При недостаточной вязкости топлива:
- повышается износ плунжерных пар насоса высокого давления и игл
форсунок;
- растет утечка топлива между плунжером и гильзой насоса.
При повышенной вязкости топливо:
- плохо прокачивается по системе питания;
- недостаточно тонко распыливается;
- неполностью сгорает.

18. Низкотемпературные свойства

Температура застывания
- летнее (tзаст менее -10 °С)
- зимнее (tзаст менее - 35-45 °С)
- арктическое (tзаст менее - 50 °С)
Температура помутнения
Предельная температура фильтруемости

19. Низкотемпературные свойства

В состав ДТ входят высокомолекулярные н-алканы, имеющие
высокие температуры плавления
При понижении температуры эти углеводороды выпадают из
топлива в виде кристаллов различной формы, и топливо мутнеет.
Возникает опасность забивки топливных фильтров кристаллами
парафинов
Температура помутнения характеризует нижний температурный
предел возможного применения ДТ
При дальнейшем охлаждении помутневшего топлива кристаллы
парафинов сращиваются между собой, образуют
пространственную решетку, и топливо теряет текучесть
Для ориентировочного определения возможных условий
применения топлива используется условная величина -
температура застывания.

20. Для улучшения низкотемпературных свойств ДТ применяют

- облегчение фракционного состава;
- карбамидную депарафинизацию;
- цеолитную или каталитическую
депарафинизацию;
- депрессорные присадки (не снижают
температуры помутнения, препятствуют образованию
каркаса из парафинов).

21. Коррозионная активность

Коррозионная активность зависит от содержания в топливе
коррозионно-агрессивных кислородных и сероорганических
соединений: нафтеновых кислот, серы, сероводорода и
меркаптанов
Она оценивается содержанием:
- общей серы (не более 0,2-0,05%);
- меркаптановой серы (не более 0,01%);
- сероводорода (отсутствие);
- водорастворимых кислот и щелочей (отсутствие);
- кислотностью (не более 5 мг/100 г топлива);
- испытанием на медной пластинке.
Для борьбы с коррозионными износами деталей дизеля выпускают
малосернистые топлива и добавляют к ним различные присадки
(антикоррозионные, защитные, противоизносные и др.).

22. Экологические свойства

Экологические свойства – оцениваются
пожароопасностью ДТ
Пожароопасность ДТ оценивают по температуре
вспышки в закрытом тигле
Для всех марок быстроходных ДТ
- tвсп не ниже 30-35 °С;
Для топлив, предназначенных к применению на
кораблях
- tвсп не ниже 61 °С;
В особо опасных условиях (в подводных лодках)
- tвсп не ниже 90 °С.

23. Требования к качеству дизельного топлива по ЕN 590

Показатели
Цетановое число, не менее
Плотность при 15ºС, кг/м3
Содержание ПЦА, %, не более
Массовая доля серы, %, не более
Окислительная стабильность, не
более
Смазывающие свойства при
60°С, мкм, не более
Кинематическая вязкость при
40°С, мм2/с
95% перегоняется до, ºС
Стандарт по ограничению
содержания вредных веществ
1993
1996
45
49
820-860
820-860
Не нормируется
0,5
0,05
EN590
2000
51
820-845
11
0,035
Не нормируется
25
Не нормируется
460
2005
51
825-845
11
0,005 и
0,001
2008
54-58
825-830
2
-
-
0,001
2,0-4,5
2,0-4,5
2,0-4,0
370
370
360
340-360
340-350
Евро-1
Евро-2
Евро-3
Евро-4
Евро-5

24. Показатели нового ГОСТ 305 для ДТ без депрессорных присадок

Показатели
ДЛ
ДЗ
ДА
Цетановое число, не менее
49
45
45
Вид I
0,05
0,05
0,05
Вид II
0,1
0,1
0,1
Вид III
0,2
0,2
0,2
Цвет, ед., не более
2,0
2,0
2,0
Массовая доля серы,%, не
более

25. Преимущества дизельных двигателей

На 30-35% меньше расход топлива
Более устойчивы в работе, допускают
большие перегрузки
Нет детонационного горения топлива
Менее пожароопасны
Выхлопные газы менее токсичны
Возможность использования топлива с
различной испаряемостью

26. Недостатки дизельных двигателей

Большая удельная масса
Менее быстроходны
Трудности при запуске в зимних условиях

Основные требования к дизельным топливамОбеспечивать хороший пуск двигателя, т.е.
воспламеняться с малой задержкой.
Иметь оптимальный фракционный состав и
вязкость, обеспечивающие хорошую испаряемость,
распыление топлива и смазку насоса.
Давать малое нагарообразование.
Обеспечивать установленные требованиями
низкотемпературные свойства.
Не вызывать коррозию оборудования, иметь низкую
кислотность.

Дизельные топлива

По ГОСТ выпускаются ДТ:
- для быстроходных дизелей
(с числом оборотов коленчатого вала более 1000 об/мин);
- для тихоходных дизелей
(с частотой вращения коленчатого вала менее 1000 об/мин).
По техническим условиям выпускаются ДТ:
- экспортные ДЛЭ, ДЗЭ;
- с депрессорными присадками ДЗп, ДАп;
- экологически чистые и с улучшенными экологическими
свойствами (содержание серы 0,01 и 0,005 %) ДЭК-Л, ДЭК-З,
ДЛЭЧ, ДЗЭЧ и др.

Дизельные топлива

Для быстроходных дизелей
используются нефтяные фракции
выкипающие в пределах 180-350 ºС
Для тихоходных дизелей используются
более тяжелые нефтяные фракции (240350 ºС)

Дизельные топлива для быстроходных дизелей

Основные показатели качества

Воспламеняемость

Воспламеняемость характеризует способность ДТ к
самовоспламенению в среде разогретого от адиабатического
сжатия в цилиндре двигателя воздуха
Время с момента впрыска жидкого топлива в камеру сгорания
до самовоспламенения называется индукционным
периодом топлива (период задержки
воспламенения)
Чем меньше индукционный период, тем плавнее протекает
сгорание, тем выше качество ДТ

Воспламеняемость (ЦЧ)

Наименьший индукционный период имеют нормальные
парафины
Наибольший – ароматические углеводороды
Промежуточное положение занимают - нафтеновые
Разница в индукционном периоде дала возможность
выбрать эталоны для определения качества ДТ
Мерой воспламеняемости ДТ принято считать
цетановое число (ЦЧ)
Эталоны
- цетан (н-гексадекан С16Н34) - воспламеняемость принята за 100
единиц ЦЧ (ЦЧ=100)
- α-метилнафталин - воспламеняемость принята за 0 (ЦЧ=0).

10. Цетановое число углеводородов

Углеводороды
Цетановое число
Парафиновые
60-100
Олефиновые
50-90
Нафтеновые
20-40
Ароматические
0-30

11. Воспламеняемость (ЦЧ)

ЦЧ - показатель воспламеняемости ДТ, численно
равный процентному содержанию цетана в смеси с αметилнафталином, которая по самовоспламеняемости в
стандартном двигателе эквивалентна испытуемому топливу.
Определение воспламеняемости ДТ производится на
специальной установке со стандартным одноцилиндровым
двигателем ИТ9-3 и заключается в сравнении испытуемого
топлива с эталонными топливами
Методы определения
- по критической степени сжатия
- по периоду запаздывания воспламенения
- по совпадению вспышек

12. Воспламеняемость (расчет ЦЧ)

Расчетные методы определения ЦЧ:
ЦЧ = tа – 15,5
где tа – температура анилиновой точки
ЦЧ = 0,85П + 0,1Н - 0,2А
где П, Н, А – содержание в топливе парафиновых, нафтеновых
и ароматических углеводородов в % мас. Соответственно
ЦЧ = 60 – 0,5ОЧ
где ОЧ – октановое число топлива

13. Воспламеняемость

Товарные ДТ должны иметь ЦЧ в определенных
оптимальных пределах:
- Применение топлив с ЦЧ < 40 приводит к жесткой работе
дизеля и ухудшению пусковых свойств топлива.
- Повышение ЦЧ > 55 нецелесообразно, т. к. возрастает
удельный расход топлива в результате уменьшения полноты
сгорания; возрастает дымность выхлопных газов.
ЦЧ ДТ зависит от его фракционного состава и химического
состава
В ГОСТах ЦЧ ДТ нормируется в пределах 45–55.

14. Воспламеняемость (присадки)

Для повышения ЦЧ товарных ДТ применяют специальные
присадки, улучшающие воспламеняемость топлив
(изопропил-, амил- или циклогексилнитраты и их смеси).
Их добавляют к топливу не более 1% масс, преимущественно
к зимним и арктическим сортам, а также к низкоцетановым
топливам.
Присадки позволяют:
- повысить ЦЧ на 10-12 единиц;
- улучшить пусковые характеристики;
- уменьшить нагарообразование.

15. Воспламеняемость

Положительное влияние на работу дизеля оказывают:
- повышение степени сжатия;
- увеличение числа оборотов коленчатого вала;
- применение для изготовления блока цилиндров металла с
низкой теплопроводностью, например чугуна;
- применение топлив с оптимальной воспламеняемостью.
Работу дизеля ухудшают повышение влажности воздуха
и низкие температуры окружающего воздуха.

16. Испаряемость ДТ

Испаряемость ДТ – оценивается фракционным составом
Пусковые свойства ДТ оцениваются t 50%. Чем ниже эта
температура, тем легче запуск дизеля
tн.к. ДТ должна составить 180–200°С, т.к. наличие бензиновых
фракций ухудшает их воспламеняемость и пусковые свойства,
повышает пожароопасность
Нормируеется t 96% в пределах 330–360 °С - характеризует
присутствие в топливе высококипящих фракций, которые
могут ухудшить смесеобразование и увеличить дымность
отработавших газов.

17. Вязкость ДТ

Топливо в системе питания дизельного двигателя
выполняет одновременно и роль смазочного материала
Ограничивают нижний и верхний допустимые пределы
кинематической вязкости при 20 °С (в пределах от 1,5 до
6,0 сСт).
При недостаточной вязкости топлива:
- повышается износ плунжерных пар насоса высокого давления и
игл форсунок;
- растет утечка топлива между плунжером и гильзой насоса.
При повышенной вязкости топливо:
- плохо прокачивается по системе питания;
- недостаточно тонко распыливается;
- неполностью сгорает.

18. Низкотемпературные свойства

19. Низкотемпературные свойства

В состав ДТ входят высокомолекулярные н-алканы, имеющие
высокие температуры плавления
При понижении температуры эти углеводороды выпадают из
топлива в виде кристаллов различной формы, и топливо
мутнеет. Возникает опасность забивки топливных фильтров
кристаллами парафинов
Температура помутнения характеризует нижний
температурный предел возможного применения ДТ
При дальнейшем охлаждении помутневшего топлива
кристаллы парафинов сращиваются между собой, образуют
пространственную решетку, и топливо теряет текучесть
Для ориентировочного определения возможных условий
применения топлива используется условная величина -
температура застывания.

20. Для улучшения низкотемпературных свойств ДТ применяют

- облегчение фракционного состава;
- карбамидную депарафинизацию;
- цеолитную или каталитическую
депарафинизацию;
- депрессорные присадки (не снижают
температуры помутнения, препятствуют
образованию каркаса из парафинов).

21. Коррозионная активность

Коррозионная активность зависит от содержания в
топливе коррозионно-агрессивных кислородных и
сероорганических соединений: нафтеновых кислот, серы,
сероводорода и меркаптанов
Она оценивается содержанием:
- общей серы (не более 0,2-0,05%);
- меркаптановой серы (не более 0,01%);
- сероводорода (отсутствие);
- водорастворимых кислот и щелочей (отсутствие);
- кислотностью (не более 5 мг/100 г топлива);
- испытанием на медной пластинке.
Для борьбы с коррозионными износами деталей дизеля
выпускают малосернистые топлива и добавляют к ним
различные присадки (антикоррозионные, защитные,
противоизносные и др.).

22. Экологические свойства

Экологические свойства – оцениваются
пожароопасностью ДТ
Пожароопасность ДТ оценивают по
температуре вспышки в закрытом тигле
Для всех марок быстроходных ДТ
- tвсп не ниже 30-35 °С;
Для топлив, предназначенных к применению
на кораблях
- tвсп не ниже 61 °С;
В особо опасных условиях (в подводных
лодках)
- tвсп не ниже 90 °С.

23. Требования к качеству дизельного топлива по ЕN 590

24. Показатели нового ГОСТ 305 для ДТ без депрессорных присадок

Показатели
ДЛ
ДЗ
ДА
Цетановое число, не менее
49
45
45
Массовая доля серы,%, не
более
Вид I
0,05
0,05
0,05
Вид II
0,1
0,1
0,1
Вид III
0,2
0,2
0,2
Цвет, ед., не более
2,0
2,0
2,0

25. Преимущества дизельных двигателей

26. Недостатки дизельных двигателей

Большая удельная масса
Менее быстроходны
Трудности при запуске в зимних условиях

Цетановое число – это характеристика компрессионного воспламенения топлива. Увеличение цетанового числа уменьшает время проворачивания коленчатого вала двигателя до пуска, а также заметно снижает выбросы вредных веществ, расход топлива и шумность работы.

Цетановый индекс – это цетановое число топлива, которое вычисляется на основе измерения свойств топлива. Цетановое число определяется на испытательном двигателе и отражает влияние топливных присадок, улучшающих цетановое число топлива.

Цетановый индекс и цетановое число по-разному влияют на эксплуатационные характеристики автомобиля. Следовательно, чтобы избежать передозировки топливных присадок, необходимо сохранять минимальную разницу между цетановым индексом и цетановым числом.

Плотность и кинематическая вязкость. Изменения плотности (и кинематической вязкости) топлива приводят к изменению мощности двигателя и, следовательно, к изменению выбросов из двигателя и расхода горючего. Чтобы сделать работу двигателя и выбросы выхлопных газов оптимальными, и минимальное, и максимальное предельные значения для плотности должны быть определены в достаточно узком диапазоне.

Пониженная плотность будет уменьшать выбросы твердых частиц из всех дизельных автомобилей и выбросы NOx из тяжелонагруженных автомобилей. Однако пониженная плотность также будет увеличивать расход топлива и снижать мощность, снимаемую с двигателя. Изменения кинематической вязкости топлива (понижение плотности обычно приводит к снижению вязкости) могут усилить влияние плотности на мощность (но необязательно на расход горючего), особенно в сочетании с топливными насосами распределительного типа.

Серийные дизельные двигатели настраиваются на некоторую стандартную плотность, которая определяет количество впрыскиваемого горючего. Объемное количество впрыска горючего – это параметр управления для систем очистки отработавших газов, таких как система рециркуляции выхлопных газов (РВГ). Следовательно, изменения плотности топлива приводят к неоптимальным уровням РВГ для данной нагрузки и данной скорости в сравнении с заложенными в программу автомобиля и, как следствие, влияют на характеристики выхлопных газов.

Подача горючего и регулировка впрыска также зависят от вязкости топлива. Высокая вязкость может снизить скорость расхода горючего, приводя к недостаточной подаче топлива. Очень высокая вязкость горючего может привести к деформации насоса. Низкая вязкость, с другой стороны, будет увеличивать протечки из насосных элементов и в худшем случае (низкая вязкость плюс высокая температура) может привести к полной потере топлива в результате утечки. Так как на вязкость влияет температура окружающей среды, важно сделать минимальным диапазон между минимальным и максимальным предельным значением вязкости, чтобы сделать работу двигателя оптимальной.

Сера является природным компонентом сырой нефти. Если серу не удалить во время процесса переработки нефти, она будет загрязнять автомобильное топливо. Сера дизельного топлива определяет количество выбросов мелких твердых частиц (ТЧ) в отработавших газах из-за образования сульфатов, как в двигателе, так и позже в атмосфере. Сера может привести к коррозии и износу систем двигателя. Более того, эффективность некоторых систем очистки отработавших газов снижается при увеличении концентрации серы в топливе, в то время как другие системы полностью выходят из строя из-за отравления серой. Влияние серы на выбросы твердых частиц общепризнано и считается существенным.

Фильтры твердых частиц. Дизельные фильтры твердых частиц с непрерывной регенерацией (ДФТЧНР) и каталитические дизельные фильтры твердых частиц (КДФТЧ) представляют собой два подхода к регенерации дизельных фильтров твердых частиц (ДФТЧ). ДФТЧНР осуществляет регенерацию фильтра, непрерывно генерируя NO 2 из NO, выброшенного из двигателя, на дизельном окислительном катализаторе, помещенном перед ДФТЧНР. КДФТЧ осуществляет регенерацию ДФТЧ, используя каталитическое покрытие на элементе ДФТЧ, чтобы способствовать окислению собранных ТЧ, используя кислород, имеющийся в дизельном выхлопе.

Ароматические углеводороды – это те молекулы топлива, которые содержат, по крайней мере, одно бензольное кольцо. Содержание ароматических углеводородов в дизельном топливе влияет на температуру сгорания и, следовательно, на выбросы NOx во время сгорания. Полиароматические углеводороды в топливе влияют на образование твердых частиц и выбросы полиароматических углеводородов (ПАУВ) из дизельного двигателя.

Фракционный состав. Кривая фракционного состава дизельного топлива показывает количество топлива, которое выкипит при данной температуре. Содержащиеся в топливе легкие фракции влияют на легкость запуска. Слишком большая доля тяжелых фракций приводит к закоксовыванию и повышенным выбросам сажи, дыма и твердых частиц.

Текучесть при низких температурах. Дизельное топливо может иметь высокое содержание (до 20%) парафинов, которые обладают ограниченной растворимостью в топливе и при достаточном охлаждении выделятся из раствора в виде твердого парафина. Следовательно, достаточная текучесть при низких температурах – это одна из основных характеристик дизельного топлива. Текучесть при низких температурах обычно определяется фракционным составом горючего, углеводородным составом (содержание парафинов, нафтенов, ароматических углеводородов) и использованием топливных присадок.

Технические требования к текучести дизельного топлива при низких температурах должны устанавливаться в соответствии с сезонными и климатическими потребностями региона, в котором используется это топливо. Парафин в автомобильных топливных системах – это потенциальный источник проблем с эксплуатацией. Следовательно, низкотемпературные свойства дизельных топлив определяются испытаниями, связанными с образованием парафина:

температура помутнения - температура, при которой самые тяжелые парафины начинают выпадать в осадок и образовывать кристаллы воска: топливо становится «мутным»;
предельная температура фильтруемости - наименьшая температура, при которой топливо может проходить через фильтр во время стандартизованного испытания на фильтрацию;
температура потери текучести – этот показатель используется на рынках США и Канады.

Вспенивание. Дизельное топливо имеет склонность к пенообразованию во время заправки топливного бака, что замедляет этот процесс и вызывает риск перелива. Антипенные присадки иногда добавляются в дизельное топливо, причем часто как компонент многофункционального пакета присадок, чтобы ускорить и обеспечить более полное наполнение баков автомобиля. Их использование также снижает вероятность пролива топлива на землю. Кремнийорганические поверхностно-активные присадки эффективны при подавлении склонности к пенообразованию дизельных топлив. Важно, чтобы выбранная антипенная присадка не создавала каких-либо проблем для долгосрочной надежности систем очистки отработавших газов.

Эфиры растительных масел (ЭРМ) все в большей степени используются как дополнительный ресурс дизельного топлива или заменитель дизельного топлива. Это обусловлено усилиями некоторых стран использовать продукцию сельского хозяйства или снизить зависимость от импорта нефтепродуктов. Существуют данные, свидетельствующие о положительном влиянии этих продуктов на экологических показатели. Однако существуют и сомнения по вопросу использования этих эфиров в дизельных топливах высокого качества.

Технические преимущества метилового эфира в основном заключаются в том, что они обеспечивают смазку топливной аппаратуры, которая ухудшается при удалении из дизельного топлива серы, и уменьшают выбросы твердых частиц с отработавшими газами. Недостатки метиловых эфиров следующие:

они требуют особых мер предосторожности при низких температурах во избежание избыточного роста вязкости и потери текучести. Могут потребоваться топливные присадки для устранения этих проблем;
так как эти эфиры гигроскопичны, особые меры предосторожности требуются для предотвращения повышенного содержания воды и последующего риска коррозии;
возрастает склонность к образованию отложений, поэтому настоятельно рекомендуется обработка дизельного топлива моющими присадками;
прокладки и композитные материалы в топливной системе подвергаются воздействию метиловых эфиров, если они не подобраны для этого топлива.

Учитывая технический эффект эфиров, их содержание ограничивается 5%. Применение эфиров в более высоких концентрациях требует адаптации двигателей к этому виду топлива.

Чистота топливной форсунки. Устойчивая работа двигателя зависит от качества работы топливной форсунки. В случае ее загрязнения будут иметь место повышенные шум, дым и выбросы.

Кончик топливной форсунки подвергается очень жестким воздействиям, так как он находится непосредственно в зоне сгорания, как в форкамерных двигателях, так и в двигателях прямого впрыска. Твердые продукты горения образуют отложения на кончике топливной форсунки, что значительно влияет на работу форсунки. В форкамерных двигателях продукты отложения частично блокируют бесперебойную подачу топлива при частичной нагрузке, и горение может стать более неустойчивым. Аналогично, в двигателях прямого впрыска частичная или полная закупорка одного из тонких распылительных отверстий нарушит распыление топливной струи и работу двигателя.

В случае форкамерных двигателей, закоксовывание неизбежно из-за типа используемой топливной форсунки, и при выборе форсунки необходимо учитывать это. Однако уровень закоксовывания зависит и от качества топлива. Топливные форсунки двигателей прямого впрыска изначально более устойчивы к закоксовыванию, но низкое качество топлива может, в конце концов, привести к закупорке распылительного отверстия.

Решение этой проблемы необходимо искать в использовании моющих присадок в топливе. Большие дозы этих присадок могут частично отмыть уже сильно закоксованную топливную форсунку, а меньшие дозы могут поддерживать приемлемый уровень чистоты форсунки. Многие дистрибьюторы горючего включают такие топливные присадки в товарное дизельное топливо. Чистота топливных форсунок станет еще более важной в недалеком будущем, так как системы впрыска высокого давления все в большей степени используются как в тяжелонагруженных, так и в слабонагруженных двигателях прямого впрыска.

Смазывающая способность. Насосы дизельного топлива, не имеющие внешних систем смазки, рассчитаны на смазывающие свойства самого дизельного топлива. Процессы очистки, проводимые для удаления серы из дизельного топлива, одновременно уменьшают количество компонентов топлива, которые обеспечивают естественную смазку. Недостаточная смазывающая способность может привести к повышенным выбросам с выхлопными газами, повышенному износу топливного насоса и, в некоторых случаях, аварийным поломкам.

120. Основные требования, предъявляемые к топливам. Детонационные свойства топлив, определение октановых чисел, методы улучшения детонационных свойств топлив.

Для обеспечения надежной и экономичной работы топливо для карбюраторных двигателей должно отвечать следующим требованиям Иметь наибольшую теплоту сгорания, обладать хорошими смесеобразующими свойствами для легкого запуска двигателя, плавного перехода с одного режима на другой и устойчивую работу двигателя в различных условиях; обеспечивать бездетонационную работу на всех эксплуатационных режимах: проявлять устойчивость к нагарообразованию, приводящему к перегреву и повышенному износу двигателя; не содержать механических примесей и воды, не подвергать детали коррозии; не изменять своих первоначальных качеств, т.е. быть стабильным при транспортировке и хранении; иметь низкую температуру застывания для хорошей прокачиваемости при низкой температуре; не оказывать вредного воздействия на человека и окружающую среду.

Чтобы обладать заданными свойствами, карбюраторное топливо должно иметь высокую испаряемость и необходимый фракционный состав, от которых будет зависеть качество смесеобразования и противодетонационные свойства, обеспечивающие полноту сгорания топлива

Для обеспечения долговечной и экономичной работы дизеля топливо должно отвечать следующим требованиям, которые являются дополнением к основным требованиям, предъявляемым к карбюраторному топливу. Прежде всего, дизельное топливо должно иметь хорошую воспламеняемость, обеспечивающую мягкую работу двигателя на различных эксплуатационных режимах; обладать соответствующей вязкостью для надежной смазки деталей топливоподающей аппаратуры, иметь хорошую прокачиваемость по элементам питания при различных температурах окружающей среды; не содержать водорастворимых кислот и щелочей, сернистых соединений, механических примесей и воды, отрицательно влияющих на надежность работы прецизионных пар топливной аппаратуры (распылители форсунок, плунжерные пары насосов высокого давления и т.д.).

Стойкость углеводородов к химическим изменениям в паровой фазе в условиях камеры сгорания двигателя называют детонационной стойкостью. Для определения детонационной стойкости бензинов применяется метод сравнения детонационной стойкости исследуемого бензина с детонационной стойкостью эталонного топлива Эталонное топливо - это смесь двух индивидуальных парафиновых углеводородов: изооктана С 8 Н 18 и нормального гептана С 7 Н 16 . Детонационная стойкость изооктана очень высокая и оценивается 100 ед.

Нормальный гептан имеет низкую детонационную стойкость, оцениваемую 0 ед.

Оценочным показателем детонационной стойкости бензинов является октановое число. Это показатель, численно равный процентному содержанию (по объему) изооктана в такой его смеси с Н-гептаном. которая по детонационной стойкости равноценна испытуемому топливу при испытании на стандартном двигателе в одинаковых условиях. Если установили, что детонационная стойкость бензина такая же, как у смеси, содержащей 93% изооктана и 7% Н-гептана, то октановое число бензина равно 93. Чем больше детонационная стойкость бензина, тем выше его октановое число.

Октановые числа бензинов определяют по моторному методу на установках ИТ9-2М или УИТ-65 (ГОСТ 511-66), по исследовательскому методу на установках ИТ9-6 или УИТ-65 (ГОСТ 822-66) и по методу детонационных испытаний на автомобильных двигателях в дорожных условиях (ГОСТ 10373-75).

Во время испытаний в одноцилиндровых установках ИТ9-2М и др. можно изменять степень сжатия е от 4 до 10. Изменяя степень сжатия, отмечают появление детонации и находят такой состав рабочий смеси, когда интенсивность детонации будет средней. Момент детонации определяют с помощью специального электронного устройства - детонометра. После этого подбирают такую смесь изооктана с Н-гептаном, которая бы в данных условиях детонировала так же, как и испытуемое топливо.

Исследовательский метод определения октановых чисел бензинов по режиму работы двигателя менее напряженный. Поэтому октановое число по исследовательскому методу несколько выше (на 7... 10 ед.), чем определенное моторным методом.

Исследовательский метод лучше характеризует противодетонационные свойства бензинов при работе двигателя в условиях городской езды при малой тепловой напряженности двигателя В тяжелых дорожных условиях фактическая детонационная стойкость бензина ближе к октановому числу, определенному моторным методом.

В маркировку бензина, октановое число которого определено исследовательским методом, вводится индекс "и", например Аи-93, Аи-95, Аи-98.

Если октановые числа бензинов превышают 100 ед., их определяют, сравнивая бензин с изооктаном, который добавляют антидетонатор тетраэтилсвинец (ТЭС). Разницу в октановых числах по моторному и исследовательскому методам определения называют чувствительностью бензина. Она зависит от физического и фракционного состава бензина.

Октановое число бензина можно определить по формуле, характеризующей моторный метод

где о.ч. - октановое число по моторному методу (ИТ9-2М);

ε- степень сжатия;

d ц - диаметр цилиндра, мм.

Детонационная стойкость бензинов на бедной смеси характеризуется октановым числом, а на богатой смеси - сортностью. Сортность бензина - это показатель его детонационной стойкости на богатой смеси, характеризующей величину мощности двигателя в процентах при работе его на испытуемом бензине, по сравнению с мощностью двигателя, полученной при работе на эталонном изооктане Например, в марке авиабензина 95/130 числитель означает октановое число, знаменатель - сортность. Сортность 130 означает, что на данном бензине стандартный одноцилиндровый двигатель на богатой смеси развивает мощность на 30% выше, чем на техническом эталонном изооктане, сортность которого принята за 100.

При определении сортности бензина применяется формула

где С - сортность авиабензина; О - октановое число.

Для повышения детонационной стойкости бензина в топливо добавляют антидетонаторы, в качестве которых используют

специальные химические вещества. Этот метод является самым экономичным и эффективным, по сравнению с другими известными мероприятиями, такими, как совершенствование технологии переработки и очистки бензина, подбор качественного исходного нефтяного сырья, изменение строения углеводородов.

В качестве антидетонаторов широко применяется тетраэтилсвинец (ТЭС). ТЭС тормозит образование перекисных соединений в топливе, что уменьшает возможность возникновения детонации

Недостаток ТЭС как антидетонатора - неполный вынос свинца из камеры сгорания двигателя вместе с отработанными газами.

С целью предотвращения этого явления к ТЭС добавляют бромистые и хлористые органические соединения, называемые выносителями свинца, которые способствуют удалению свинца из камеры сгорания вместе с отработанными газами.

Предельное количество ТЭС для автомобильных бензинов составляет 0,82г на 1кг бензина и определено из соображения токсичности.

В последние годы организовано промышленное производство тетраметилсвинца (ТМС), как более эффективного антидетонатора. Он имеет более высокую температуру разложения и в высокооктановых бензинах эффективнее ТЭС на 0,5... 1,0 октановую единицу.

В последнее время применяют более эффективные антидетонаторы на основе марганца и его соединений Они способны повышать детонационную стойкость как чистых, так и этилированных бензинов Недостатком этих соединений следует считать снижение долговечности двигателей.