Использование топлива в дизельных двигателях

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ЗОЛЬНОСТЬ ТОПЛИВА - количество золы, остающееся после полного сгорания топлива и определяемое в процентах к общему его весу до сжигания. Различают внешнюю и внутреннюю зольность топлива. Внешняя -- результат засорения топлива посторонними примесями (кусками породы, песком, пылью) при добыче, перевозке и хранении. Эти примеси могут быть удаляемы из топлива путем отборки и промывки. Внутренняя -- содержится в самом веществе топлива и может быть получаема лишь после полного сгорания топлива. Содержание золы в топливе колеблется в широких пределах: дрова сплавные содержат 3--4%, гужевые 0,5 -- 1,5%, торф 3 -- 30%, сланцы 45 -- 70 %, бурые угли -- до 50 %, каменные -- от 0,2 до 40%. Наиболее свободны от золы антрациты: их зольность редко превышает 5%.

Зомльность (англ. ash content; нем. Aschegehalt m, Aschehaltigkeit f) -- массовая доля золы, содержание в процентах негорючего (на безводную массу) остатка, который создаётся из минеральных примесей топлива при его полном сгорании. Обозначается символом А. Для практических целей значение зольности, определённое по аналитической пробе (Аa), обычно пересчитывается на сухую массу Аd или рабочее Аr состояние топлива. Для всех типов твёрдых топлив зольность -- один из основных показателей; используется как учётный, балансный и рассчётный показатель в практике добычи, переработки и потребления угля.

На показателе зольности угля основывается большинство существующих методов оценки эффективности процессов обогащения угля, а также действующий прейскурант оптовых цен на уголь и продукты его обогащения. Существует тесная корреляционная связь между зольностью угля и теплотой его сгорания.

Условия определения зольности стандартизированы. Зольность угля за счёт внутренней золы (материнской) обычно колеблется в пределах 1-15 %, но при тонко-дисперсном разделении неорганического материала достигает десятков процентов с постепенным переходом угля в углистые породы (с Аd до 60 %). При обычном обогащении угля эта зола не удаляется. Как правило, преимущественная часть минеральных примесей, составляющих внешнюю золу, может быть удалена при обогащении.

3ольность топлив нормируется государственными стандартами. Наивысший допустимый предел зольности рядового угля, отсевов, промпродукта и шламов обогащения установлена для условий сжигания в пылеподобном состоянии -- Аd = 45 %. Для слойного сжигания используется уголь с Аd не более 37,5 %, для коксования -- концентраты обогащения с Аd до 10-14 %).

Зольность горючих сланцев колеблется в широких пределах (Аd 48-72 %).

Торф по вместимости золы делят на:

- малозольный (менее 5 %),

- среднезольный (5-10 %) и

- высокозольный (более 10 %).

Зольность угля и горючих сланцев определяется озолением пробы топлива в муфельной печи и прокаливанием зольного остатка при температуре 800--830 °C. Для ускоренного озоления горючих сланцев -- при температуре 850--875°C. Зольность угля определяется также рентгенометрическим методом -- по параметрам ионизирующего излучения после взаимодействия с углём.

2. Под оценкой уровня качества продукции понимается результат оценивания, то есть сопоставления показателей качества оцениваемой продукции с базовыми значениями.

Эта оценка может быть представлена в количественной и качественной форме.

В количественной форме оценка выражается одним числом, которое представляет собой значение комплексного показателя качества, отражающего определенную совокупность свойств продукции.

В качественной форме оценка представляется в виде утверждения о том, соответствует продукция по рассматриваемой совокупности свойств уровню требований определенного рынка, превосходит их или уступает им.

Надежность и долговечность техники очень сильно зависит от качества заливаемого в нее топлива. Низкокачественное дизельное топливо может стать причиной преждевременного износа и выхода из строя топливного насоса и форсунок, снижения подачи топлива, изменения момента начала подачи в сторону запаздывания, ухудшения качества распыления топлива. Помимо этого, при небрежной транспортировке и доставке дизтоплива в его состав может попасть вода. Ее присутствие понижает теплотворную способность топлива, а, значит, понижает мощность двигателя.

Для оценки уровня качества продукции используются следующие методы: дифференциальный, комплексный и смешанный.

Дифференциальный метод оценки уровня качества состоит в сравнении единичных показателей качества оцениваемой продукции (изделия) с соответствующими единичными показателями качества базового образца. При этом для каждого из показателей рассчитываются относительные показатели качества:

(1)

(2)

где Pi - значение i-го показателя качества оцениваемой продукции;

Piб - значение i-го показателя качества базового образца.

Формула (1) используется, когда увеличение абсолютного значения показателя качества соответствует улучшению качества продукции (например, производительность, чувствительность, точность, срок службы, коэффициент полезного действия и др.).

Формула (2) используется тогда, когда улучшению качества продукции соответствует уменьшение абсолютного значения показателя качества (например, масса, расход топлива, потребляемая электрическая мощность, содержание вредных примесей, трудоемкость обслуживания и др.).

Если оцениваемая продукция имеет все относительные показатели качества Ki ?1, то ее уровень качества выше или равен базовому; если все Ki <1, то ниже. Возможны случаи, когда часть значений Ki>1 часть Ki<1. При этом необходимо все показатели разделить на две группы. В первую группу должны войти показатели, отражающие наиболее существенные свойства продукции, во вторую - второстепенные показатели.

Если относительные показатели первой группы и большая часть относительных показателей второй группы больше или равны единице, то уровень качества оцениваемой продукции не ниже базового.

Ограничение для применения дифференциального метода оценки уровня качества состоит в трудности принятия решения по значениям многих единичных показателей качества.

Комплексный метод оценки уровня качества предусматривает использование комплексного (обобщенного) показателя качества.

При этом методе уровень качества определяется отношением обобщенного показателя качества оцениваемой продукции Qоц к обобщенному показателю качества базового образца Qбаз, т.е.

(3)

Вся сложность комплексной оценки заключается в объективном нахождении обобщенного показателя.

Существуют различные варианты метода.

1. Когда можно выделить главный показатель, характеризующий основное назначение изделия или продукта, и установить функциональную зависимость этого главного показателя от остальных единичных показателей:

 (4)

где n-число единичных показателей;

Pi- i-й единичный показатель;

Yi-коэффициент при i-м единичном показателе.

Вид зависимости может определяться любым из возможных методов, в том числе и экспертным.

Главным показателем может быть, например, производительность машин, ресурс, удельная себестоимость и др.

В качестве обобщенного может использоваться интегральный показатель качества, показывающий величину полезного эффекта от эксплуатации или потребления продукции, приходящегося на каждый рубль суммарных затрат на ее создание и эксплуатацию или потребление.

2. В тех случаях, когда невозможно построить функциональную зависимость, исходя из основного назначения продукции, применяют взвешенные среднеарифметические показатели. При этом обобщенный показатель вычисляется по формуле:

(5)

где mi-коэффициент весомости i-го показателя.

При этом должно соблюдаться условие

(6)

Коэффициенты весомости mi устанавливаются отраслевыми НИИ на определенный период времени экспертным методом путем опроса определенного числа экспертов, которыми, исходя из условий эксплуатации изделия, назначаются баллы значимости каждого параметра Pi. На основании балльной оценки значимости параметров определяются коэффициенты mi.

Дифференциальный и комплексный методы оценки уровня качества продукции не всегда решают поставленные задачи. При оценке сложной продукции, имеющей широкую номенклатуру показателей качества, с помощью дифференциального метода практически невозможно сделать обобщающий вывод, а использование только одного комплексного метода не позволяет объективно учесть все значимые свойства оцениваемой продукции.

В этих случаях оценку уровня качества производят смешанным методом, использующим единичные и комплексные показатели качества. При этом методе единичные показатели качества объединяются в группы (например, показатели назначения, эргономические, эстетические) и для каждой группы определяют комплексный показатель. При этом отдельные, наиболее важные показатели не объединяют в группы, а используют как единичные. С помощью полученной совокупности комплексных и единичных показателей оценивают уровень качества продукции дифференциальным методом.

При оценке уровня качества дизельного топлива целесообразно использовать дифференциальный метод, так как значения показателей оцениваются путем сравнения с базовыми.

Имеются показатели качества оцениваемой марки дизельного топлива и соответствующие показатели качества базового образца. В данной курсовой работе оценивается качество зимнего дизельного топлива. Для сопоставления показателей дифференциальным методом вычисляют значения относительных показателей качества продукции по формулам (1) и (2).

В зависимости от характера показателя качества выбирают ту или иную из этих формул. Для позитивных показателей, с увеличением значений которых качество повышается, выбирают формулу (1), а для негативных показателей, с увеличением значений которых качество продукции снижается, выбирают формулу (2).

По ГОСТ 33-2000 «Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости» определяем кинематическую вязкость дизельного топлива.

n = Ct (7)

где С - калибровочная постоянная вискозиметра, /;

t - среднее арифметическое значение времени истечения, с.

С=0,012/, =325 с, =350 с. Тогда / и /. Из двух определений рассчитываем среднее арифметическое значение кинематической вязкости: /. Полученный результат вписываем в таблицу 2.1.

Плотность рассчитываем по формуле

(8)

где - плотность дизтоплива при 20°С по ГОСТ 305-82;

- искомая плотность;

G - средняя температурная поправка, берется по таблицам по плотности, для плотности 860 G=0,000686;

T - температура.

=840 кг/, T=20°С, G=0,000686. Тогда =840-0,000686(20-20)=840 кг/. Полученное значение заносим в таблицу 2.1.

Коэффициент фильтруемости определяется по ГОСТ 19006-73 «Топливо дизельное. Метод определения коэффициента фильтруемости».

За коэффициент фильтруемости К принимают отношение времени фильтрации последних 2 топлива ко времени фильтрации первых 2 топлива :

(9)

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух определений.

=2,8 с, =6,9 с. Тогда

=2,1 с, =6,7 с. Тогда

.

Полученные данные заносим в таблицу 2.1.

Рассчитываем коэффициент качества Кi для цетанового числа. Для этого используем формулу (1), так как увеличение значения цетанового числа соответствует улучшению качества дизельного топлива.

Тогда .

Рассчитываем коэффициент качества Кi для вязкости. Для этого используем формулу (2), так как уменьшение значения вязкости соответствует улучшению качества дизельного топлива.

Тогда

.

Рассчитываем коэффициент качества Кi для плотности. Для этого используем формулу (15), так как уменьшение значения плотности соответствует улучшению качества дизельного топлива.

Тогда

.

Рассчитываем коэффициент качества Кi для коэффициента фильтруемости. Для этого используем формулу (2), так как уменьшение значения коэффициента фильтруемости соответствует улучшению качества дизельного топлива.

Тогда

.

Определяем среднее значение коэффициента качества:

Полученные результаты заносим в таблицу 2.1.

Из полученных результатов видно, что для всех показателей Ki ?1, т.е. уровень качества дизельного топлива выше или равен базовому. Среднее значение коэффициента качества Кср.=1,075. Это значит, что выбранная марка дизельного топлива по всем показателям превосходит базовый образец.

Таблица 2.1. - Показатели качества дизельного топлива

Наименование показателя	Формула	Полученное значение	Базо-вое знач.	единица измерения	Коэффици-ент качества, Кi	Ср.знач коэфф. качест-ва, Кср
Цетановое число		45	45	условные единицы	1	1,075
Вязкость	n=C·t	4,0	5,0	/с	1,25
Плотность при 20°С		840	840	кг/	1
Степень чистоты (коэффициент фильтруемости)		2,85	3	условные единицы	1,05

3. При современном уровне развития двигателестроения использование масла без присадок практически невозможно, т.к. невозможно создание масел, которые обеспечили бы эффективную защиту двигателя и одновременно не разрушались в течение длительного времени. Все современные моторные масла содержат в своем составе пакет (набор) присадок, содержание которых суммарно может достигать 20%.

Присадки можно разделить на несколько типов:

- Вязкостно-загущающие присадки

- Моющие присадки (детергенты и дисперсанты)

- Противоизносные присадки

- Ингибиторы окисления (антиокислительные присадки)

- Ингибиторы коррозии и ржавления

- Антипенные присадки

- Модификаторы трения

- Депрессорные присадки.

Вязкостно-загущающие присадки. Механизм их действия основан на изменении формы макромолекул полимеров в зависимости от температуры. В холодном состоянии эти молекулы, будучи свернутыми в спиральки, не влияют на вязкость масла, при нагреве же они распрямляются, и масло густеет, или, точнее, не становится слишком жидким. Фактически эта присадка повышает индекс вязкости масла. Масла, в состав которых входят вязкостные присадки (до 10%), называют загущенными - это зимние и всесезонные сорта. В зависимости от количества добавленной вязкостно-загущающей присадки можно получить масла с разными вязкостями. Чем выше изначальный индекс вязкости базового масла, тем меньше вязкостно-загущающей присадки необходимо добавлять. Если индекс вязкости достаточно высок, можно получить моторное масло, не содержащее загустителей. Современные тенденции в области разработки моторных масел направлены на создание моторных масел с невысокими диапазонами вязкостей. Причина заключается в том, что такие масла, как правило, обеспечивают энергосберегающие свойства (т.е. позволяют экономить топливо) и содержат невысокое количество загустителя или вообще его не содержат. Почему большое количество загустителя в моторном масле нежелательно для двигателя? В двигателе множество пар трения, где масло подвергается высоким сдвиговым нагрузкам, в результате которых происходит разрушение загустителя. Это приводит к потере вязкости моторного масла, ухудшению функций смазывания (уменьшение толщины смазывающей пленки), а продукты разрушения загустителя являются потенциальным источником нагаров и лаковых отложений в двигателе. Масла с большими диапазонами вязкостей ориентированы исключительно на спортивное применение. Они предназначены только для экстремальных условий эксплуатации, в которых наиболее важны высокие вязкостные свойства, а не их стабильность с течением времени.

Моющие присадки. Моющие присадки нужны для предотвращения образования лаковых и сажевых (в дизелях) отложений на деталях двигателя. Они, как правило, состоят из детергирующих компонентов, которые вымывают продукты окисления масла и износа деталей и несут их к фильтру, и диспергирующих, способствующих дроблению крупных частиц нагара на мелкие (не больше микрона).

Детергенты. Принцип действия этих присадок в двигателе в точности такой же, как и у моющих средств, использующихся в быту. Кроме этого,детергенты обладают щелочными свойствами, т.е. могут нейтрализовать кислоты. Кислоты образуются при сгорании серы, содержащейся в топливе, особенно дизельном и при окислении самого масла. Нейтрализуя такие кислые продукты, эффективно предотвращается коррозия деталей двигателя. Т.е. вторая важная функция таких присадок - нейтрализация кислот и антикоррозионные свойства.

Дисперсанты. Основная задача этих присадок - поддержание загрязнений в масле в растворенном состоянии, предотвращение их отложений на деталях двигателя, масляных каналах и др., диспергирование (растворение) крупных загрязнений. Диспергирующие добавки удерживают грязь в мелкодисперсном состоянии, не дают ей слипнуться в большие комки и пригореть к металлу. Естественно, грязь проходит по всей системе смазки, фильтр ее пропускает, но это гораздо меньшее зло, чем если бы она осаждалась на металле. Кстати, результаты работы моющих присадок можно наблюдать почти сразу после замены старого масла на новое. Вроде только-только залил, немного поездил - и уже черное! Не волнуйтесь. В данном случае чернота масла свидетельствует о высокой моющей способности его присадок - они смыли грязь со стенок, довели ее до безопасной консистенции, и масло гоняет ее по системе смазки.

Противоизносные присадки. Основная функция - предотвращение изнашивания трущихся деталей двигателя в местах, где невозможно образование масляной пленки необходимой толщины. Они работают путём абсорбирования в поверхность металла, а затем химически реагируя с ней в процессе контакта металл-металл, тем более активно, чем больше тепла при этом контакте образуется, создавая при этом особую металлическую плёнку со “скользящими” свойствами, чем и предотвращают абразивный износ.

Ингибиторы окисления (антиокислительные присадки). В процессе работы масло в двигателе постоянно подвергается воздействию высоких температур, кислорода воздуха и окислов азота, что вызывает его окисление, разрушение присадок и загущение. Противоокислительные присадки замедляют окисление масел и неизбежно следующее за ним образование коррозионно-активных осадков. Принцип их действия заключается в химической реакции при высоких температурах с продуктами, вызывающими окисление масла. Делятся на присадки-ингибиторы, работающие в общем объеме масла, и на термоокислительные присадки, выполняющие свои функции в рабочем слое на нагретых поверхностях.

Ингибиторы коррозии и ржавления. Ингибиторы коррозии призваны защищать поверхность деталей двигателя от коррозии, вызываемой органическими и минеральными кислотами, образующимися при окислении масла и присадок. Механизм их действия - образование защитной пленки на поверхности деталей и нейтрализация кислот. Ингибиторы ржавления в основном призваны защищать стальные и чугунные стенки цилиндров, поршни и кольца. Механизм действия схожий. Противокоррозионные присадки часто путают с противоокислительными. Это разные вещи. Противоокислительные, как говорилось выше, защищают от окисления само масло. Противокоррозионные же - поверхность металлических деталей. Они способствуют образованию на металле прочной масляной пленки, предохраняющей его от контакта с всегда присутствующими в объеме масла кислотами и водой.

Антипенные присадки. При сильном перемешивании масла с воздухом, что в частности наблюдается при работе двигателя, когда коленвал интенсивно взбалтывает масло в картере, возможно повышенное образование пены. Этому процессу также способствуют различные загрязнения, присутствующие в масле. Ее формирование значительно ухудшает эффективность смазывания деталей двигателя, что может привести к повышенному износу и ухудшению теплоотвода. Противопенные присадки (обычно это силиконы или полилоксаны) не растворяются в моторных маслах, а присутствуют в виде мельчайших капелек. Их действие основано на разрушении пузырьков воздуха. Обойтись без этих присадок практически невозможно, но их присутствие не должно превышать тысячных долей процента - при термическом разложении силикона образуется оксид кремния, который является сильным абразивом.

Модификаторы трения. Для современных двигателей все чаще стараются использовать масла с модификаторами трения, позволяющими снизить коэффициент трения между трущимися деталями с целью получения энергосберегающих масел. Наиболее известные модификаторы трения - графит и дисульфид молибдена. В современных маслах их очень сложно использовать, поскольку эти вещества нерастворимы в масле, а могут быть только диспергированы в нем в виде маленьких частиц. Это требует введения в масло дополнительных дисперсантов и стабилизаторов дисперсии, однако это все равно не позволяет использовать такие масла в течение длительного времени. Поэтому в настоящий момент в качестве модификаторов трения обычно используют маслорастворимые эфиры жирных кислот, обладающих очень хорошим прилипанием к металлическим поверхностям, формированием на них слоя молекул, снижающих трение.

Депрессорные присадки (для минеральных масел). При сильном понижении температуры масла в нем начинают образовываться кристаллы парафинов, что ведет к потере подвижности масла и в результате ухудшается низкотемпературный пуск двигателя и прокачиваемость масла по каналам. В процессе производства базовых масел часть парафинов удаляют, но полное их удаление по технологическим и экономическим причинам невозможно (сильно возрастают затраты на получение базового масла). Обычно минеральное базовое масло имеет температуру застывания около -15°С. Возможность получения минеральных моторных масел с температурами застывания -30°С…-35°С достигается путем введения в масло депрессорных присадок. Эти присадки предотвращают срастание кристаллов парафина, но не предотвращают их появление вообще (принцип действия такой же, как у дизельных антигелей).

4. С каждым годом растет мощность дизельного парка. Основным преимуществом дизельных двигателей является меньший на 20-30% удельный расход топлива (225-240 г/кВт против 300-340 г/кВт). Большая экономичность достигается главным образом за счет высокой (16-23) степени сжатия (у карбюраторных 7-11) и давления подаваемого топлива (30-200 МПа).

В зависимости от средней скорости движения поршня двигатели делятся на быстроходные (частота вращения коленчатого вала более 16 с-1, скорость поршня выше 6,5 м/с) и тихоходные (частота вращения коленчатого вала менее 16 с-1, скорость поршня ниже 6,5 м/с). Для быстроходных дизелей применяется легкое малосвязное топливо, а для тихоходных -- тяжелые вязкие продукты сгорания. Скорость горения топлива -- до 1000 м/с.

Для обеспечения своевременного и полного сгорания за короткий промежуток времени топливо должно удовлетворять следующим требованиям: топливо дизельный присадка двигатель

1) обладать хорошей прокачиваемостью, чтобы обеспечить надежную работу топливного насоса высокого давления (при оптимальной вязкости 2-6 мм2/с и температуре 20 °С); хорошими низкотемпературными свойствами; отсутствием механических примесей и воды;

2) обеспечивать необходимый распыл, хорошие смесеобразование и испарение; для этого топливо должно иметь оптимальную вязкость и определенный фракционный состав;

3) обладать необходимой воспламеняемостью, чтобы осуществлялись легкий пуск холодного двигателя, плавное нарастание давления и полное бездымное сгорание (эти свойства зависят от химического и фракционного состава топлива, а также вязкости; химический состав топлива оценивается цетановым числом, которое характеризует воспламеняемость и является основным показателем моторных свойств топлива);

4) не вызывать повышенного образования нагара и других отложений на клапанах, кольцах, поршнях, закоксовывания иглы распылителя (склонность топлива к нагару зависит от химического и фракционного состава, вязкости, содержания механических примесей и воды);

5) не содержать коррозионно-активных продуктов (коррозионные свойства топлива зависят от наличия в нем минеральных и органических кислот, сернистых соединений и воды);

6) иметь возможно более высокую теплоту сгорания;

7) иметь высокую прокачиваемость топлива с обеспечением минимального подтекания через зазоры в плунжерных парах с минимальным износом трущихся пар.

Раньше считалось, что топливо для быстроходных двигателей должно иметь при 20 °С вязкость не менее 5 мм2/с. Исследования показали, что топливо с вязкостью до 2 мм2/с при 20 СС обеспечивает смазку топливоподающей аппаратуры. Минимальная вязкость зависит от давления впрыска и других конструктивных решений. С увеличением давления впрыска вязкость топлива может увеличиваться в 6-10 раз.

На основании исследований и эксплуатационных испытаний установлены следующие значения вязкости топлива при 20 °С для быстроходных дизельных двигателей: летом -- 3,0-8,0 мм2/с, зимой -- 2,2-6,0 мм2/с, для сурового климата Арктики-- 1,5-4 мм2/с.

Прокачиваемость топлива зависит от его низкотемпературных свойств, которые влияют на подвижность топлива при низких температурах. Низкотемпературные свойства определяются температурой помутнения, начала кристаллизации и застывания.

Температурой помутнения считают температуру, при которой теряется фазовая однородность топлива. Оно начинает мутнеть из-за выделения мельчайших капель воды, твердых углеводородов или микроскопических кристаллов льда.

Температуру, при которой появляются первые кристаллы, видимые невооруженным глазом, называют температурой кристаллизации.

Температура полной потери подвижности носит название температуры застывания.

Механические примеси в топливе стандартом не предусмотрены (не допускаются). Топливо загрязняется при несоблюдении правил перевозки, хранения и заправки. Наиболее вредны кварциты глинозема, так как они обладают высокой твердостью. Прецизионные пары топливных насосов имеют зазоры 1,5-3,0 мкм, поэтому даже небольшой процент механических примесей приводит к значительному абразивному износу.

В топливе в большей или меньшей степени постоянно присутствует в растворенном состоянии вода. Ее концентрация зависит от температуры окружающей среды. Растворимость воды в топливе 910~5 кг/кг. Особенно неприятно наличие эмульсионной воды при низких температурах. В этом случае кристаллами льда забивается система очистки и нарушается работа двигателя. Отрицательно действует вода на топливную аппаратуру, особенно на насос высокого давления и форсунки. Она способствует появлению коррозии поверхностей прецизионных пар и закоксовыванию распылителей форсунок.

Необходимый распыл, смесеобразование и испарение топлива в значительной степени предопределяют протекание рабочего процесса в целом, его эффективность и экономичность.

Порция топлива, отмеренная насосом высокого давления, впрыскивается в камеру сгорания в плотный, сильно завихренный нагретый воздух. На некотором расстоянии от сопловых отверстий форсунки струя распадается на капли, образуя факел распыленного топлива. Общее число капель достигает нескольких миллионов, а размер их колеблется от 5 до 150 мкм. Распределение капель по числу и размерам весьма неравномерное. Качество распылива-ния топлива характеризуется числом и размером капель, длиной, шириной и углом конуса распыла.

Капли топлива, введенные в горячий воздух, воспламеняются не мгновенно. При воспламенении процесс испарения проходит более интенсивно за счет высокой температуры в процессе сгорания. Одновременно с ускорением испарения в этот момент происходит некоторое замедление, так как появляются продукты сгорания, затрудняющие подвод кислорода воздуха к испаряющемуся топливу. Это обстоятельство обусловливает необходимость вести рабочий процесс в дизеле с некоторым избытком воздуха.

Большая неоднородность топливовоздушной смеси в камерах сгорания является причиной некоторых преимуществ и недостатков дизельных двигателей. Важным преимуществом является то, что в дизельных двигателях можно значительно обеднять рабочую смесь. Это позволяет изменять мощность только за счет подачи топлива. С другой стороны, неоднородность смеси -- существенный недостаток дизельных двигателей, так как невозможно добиться бездымного и полного сгорания.

На процесс смесеобразования влияет вязкость топлива, увеличение которой ведет к ухудшению распыливания и испарения топлива. При большой вязкости крупные капли увеличивают длину факела и попадают на стенки, что значительно ухудшает процесс смесеобразования, а при малой вязкости факел топлива укорачивается и камера сгорания полностью не используется.

Фракционный состав дизельных топлив оценивается температурой конца кипения: летнее -- 360 °С, зимнее -- 340 °С, арктическое -- 330 °С.

Сложные процессы горения и смесеобразования топлива в быстроходных двигателях происходят в очень короткий промежуток времени, примерно в 10 раз быстрее, чем в карбюраторных двигателях, при одинаковой частоте вращения.

Интенсивность горения зависит от многих факторов: давления и температуры сжатого воздуха, концентрации паров топлива в воздухе, химического состава, качества распыливания и испаряемости топлива.

При задержке воспламенения топлива процесс последующего горения происходит очень интенсивно. Слышатся характерные стуки двигателя (аналогично детонации, но причины возникновения разные).

При прочих равных условиях уменьшение периода задержки воспламенения обусловливает более плавное изменение давления, т.е. более мягку работу двигателя. Однако чрезмерное сокращение этого периода ведет к уменьшению полноты сгорания. Процесс начинается сразу после подачи топлива, большая часть которого подается в продукты сгорания. Капли топлива при этом быстро испаряются, не достигнув тех зон камеры, в которых кислород еще не использован. Процесс смесеобразования резко ухудшается, падает мощность и экономичность двигателя.

Для обеспечения нормального процесса горения необходимо применять топливо, имеющее оптимальный период задержки воспламенения. Воспламеняемость топлива оценивается цетановым числом. Численно цетановое число дизельного топлива равно процентному содержанию (по объему) цетана в смеси с альфа-метилнафталином, которая по характеру сгорания (самовоспламенения) равноценна испытываемому топливу. Цетановое число определяют тремя методами: по критической степени сжатия, запаздыванию самовоспламенения и по совпадению вспышек.

Дизельные топлива должны иметь цетановое число в пределах 45-50 зимой и 40-45 летом. Цетановое число определяет пусковые свойства дизельных топлив, незначительно различающихся по фракционному составу.

При эксплуатации дизельных двигателей большое значение имеет установление оптимального угла опережения впрыска топлива. При большом угле опережения топливо подается в недостаточно нагретый воздух, что увеличивает период задержки воспламенения и жесткость работы. Топливо при этом может сгорать до верхней мертвой точки, что ведет к потере мощности, так как создается противодавление. При запаздывании впрыска значительная часть топлива сгорает на линии расширения, что вызывает падение мощности, неполное сгорание топлива, снижение КПД двигателя.

Нагарообразование в скоростных дизельных двигателях ведет к перегреву двигателя, закоксовыванию форсунок, ухудшению распыливания топлива. Повышенному накоплению нагара способствует неполнота сгорания топлива, наличие в топливе высокомолекулярных сложных веществ и механических примесей. На накопление смолистых веществ существенно влияет стабильность топлива. Показатели качества дизельного топлива, влияющие на нагарообразование и нормируемые ГОСТом, следующие: коксовое число, содержание смол, золы, механических примесей и соединений серы. Сера, содержащаяся в топливе, влияет не только на массу образующегося нагара, но и на его свойства. Сернистые соединения, накапливаясь в нагаре, повышают его плотность.

Коррозионные свойства дизельных топлив обусловливаются содержанием сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочи, а также воды. Наличие в топливе сернистых соединений проверяют полированной пластинкой из электролитической меди размером 10Ч25 мм. Эту пластинку опускают в фарфоровую чашечку с топливом, которую помещают в сушильный шкаф с температурой 50 °С и выдерживают там 2-3 ч. Появление на пластинке темно-коричневых, серых или черных налетов указывает на наличие в топливе активных сернистых соединений.

Коррозию деталей вызывают в основном сернистые соединения. Особенно сильно жидкостная коррозия проявляется в холодное время года при пусковых режимах. Повышение содержания серы в топливе с 0,2 до 0,5% увеличивает износ цилиндропоршневой группы на 25-30%, до 1% -- в 2 раза. Для снижения сернистой коррозии в топливо добавляют присадки. Наиболее распространенная -- нафтенат цинка, который добавляют в топливо (0,25-0,30% массы топлива).

Теплотворная способность дизельного топлива составляет 42 705 кДж/кг.

Ассортимент дизельных топлив в соответствии с ГОСТ 305-82 включает 3 сорта: арктическое, зимнее и летнее. Каждый сорт выпускается с разным содержанием серы. В обозначение дизельного топлива входит процентная доля серы и дополнительно для летнего -- температура вспышки, а для зимнего -- температура застывания (например, Л-0,2-40 ГОСТ 305-82 -- летнее топливо с содержанием серы 0,2% и температурой вспышки не менее 40 °С; 3-0,4 минус 35 ГОСТ 305-82 -- зимнее топливо с содержанием серы 0,4% и температурой застывания не выше минус 35 °С; А-0,2 ГОСТ 305-82 -- арктическое топливо с содержанием серы 0,2%). Высококачественное дизельное топливо содержит меньше серы (0,15%) и имеет лучший фракционный состав. Выбор марки дизельного топлива зависит только от климатических условий и качества используемого масла.

Применение дизельных топлив в различных климатических условиях регламентируется их низкотемпературными показателями (температурой помутнения). Так, топливо марки Л можно применять только при положительных температурах, зимнее (3) -- от -20 °С (или -30 °С при температуре помутнения -45 °С) и выше, арктическое (А) -- от -50 °С.

Дизельное топливо с содержанием серы до 0,2% может применяться без ограничений по составу моторного масла. При наличии в топливе более 0,2% серы необходимо применять моторное масло с присадками, повышающими его щелочные свойства и уменьшающими коррозию деталей продуктами сгорания сернистых соединений.

При отсутствии зимнего дизельного топлива можно применять летнее с добавлением не менее 30% керосина при температуре -10 °С и до 50% при температуре -20 °С. С понижением температуры от 20 °С до -20 °С вязкость летнего топлива увеличивается в 10 раз, а зимних -- в 5 раз. Это следует учитывать при выборе топлива, так как вязкость является основным фактором, характеризующим эксплуатационные свойства его в зимнее время. Перед форсункой вязкость топлива не должна превышать 12 мм2/с.

Для использования летнего дизельного топлива при отрицательных температурах добавляют депрессорные присадки. Это топливо маркируют ДЗп по ТУ38.101889 и используют в зимний период при температуре до -15 °С.

В соответствии с ТУ 38. 1011348-89 выпускают экологически чистое дизельное топливо. Технические условия предусматривают выпуск двух марок летнего топлива (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) с содержанием серы не более 0,1%.

Список используемой литературы

1. С.В.Бойченко. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости и писадки: Конспект лекций. - К.:КМУГА, 1999. 104с.

2. А.Ф. Аксенов. Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости. «Транспорт», М., 1965г.

3. Ю.Г. Некипелов. Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости. КШГА, К., 1986 г.

4. И.Н. Шишков, В.В. Белов. Авиационные горюче-смазочные материалы и специальные жидкости. «Транспорт», М., 1979 г.

5. А.И. Козаченко. Контроль качества ГСМ в ГА. Киев, 1993 - 241 с.

6. В.Г.Александров, Б.И. Базанов. Справочник по авиационным материалам и технологии применения. “Транспорт”, М., 1979 г.

Размещено на Allbest.ru

...