Характеристика топлив и смазочных средств для двигателей внутреннего сгорания

Дизельное топливо получают из так называемой отбензиненной фракции нефти (из керосиновых, газойлевых и соляровых фракций прямой перегонки нефти).

Дизельное топливо - это нефтяная фракция, выкипающая в интервале температур - 180…360⁰С и по составу преимущественно содержит парафиновые и нафтеновые углеводороды и лишь незначительное количество ароматических.

От бензина и керосина дизтопливо отличается смазочными качествами, повышенной вязкостью, плохой испаряемостью и малым ОЧ, эти качества делают его пригодным только для дизелей. Трудноиспаряемые топлива имеют более низкие температуры самовоспламенения, например: у бензина температура самовоспламенения равна 415⁰С; у керосина - 380⁰С, у метана - 700⁰С, бензола - 560⁰С, дизтопливо - 270⁰С. Низкая температура самовоспламенения является очень важным качественным показателем для дизтоплива, влияющего на пусковые качества.

Температура самовоспламенения не имеет постоянного значения и зависит от температуры, давления и среды, в которую вносится топливо, а также от структуры молекул, числа атомов углерода, входящих в молекулу.

Дизельное топливо после бензина является самым массовым продуктом на автотранспорте и основным для работы тракторных двигателей.

Дизельные двигатели по сравнению с бензиновыми обладают лучшей топливной экономичностью, удельный расход топлива у них примерно на 30% ниже, чем у бензиновых. (Так, например бензиновый двигатель ЗИЛ-130 имеет удельный расход 326 г/кВт ч, а дизельный ЯМЗ-236…238 - 250 г/кВт ч, т.е. на 27% ниже).

Затраты на производство топлива для дизельных двигателей менее в 2,5 раза. Так как дизтопливо производится из отбензиненной нефти, то и выход его значительно увеличивается. Оно обладает по сравнению с бензином лучшей физической и химической стабильностью. Вследствие этого в равных условиях потери дизтоплива при транспортировке и хранении будут меньше, а срок хранения дизтоплива может быть до 5 лет. Одним из недостатков работы дизельных двигателей является то, что их отработавшие газы содержат большое количество сажи, обладающей способностью адсорбировать на своей поверхности вредные канцерогенные вещества, и являются основным токсичным компонентом выпуска. Этот недостаток частично устраняется добавлением в топливо антидымных присадок.

Технико-экономические требования к дизельному топливу, в основном, аналогичны требованиям к бензину. Однако есть и специфические требования к дизтопливу, вытекающие из особенностей рабочего процесса дизельного двигателя.

Дизельное топливо должно:

а) бесперебойно поступать в цилиндры двигателя при любых температурах, т.е. обладать хорошей прокачиваемостью, обеспечивать хорошие смесеобразование и легкий пуск двигателя (обеспечение тонкого распыла);

б) легко воспламеняться и плавно сгорать, обеспечивая мягкую и бездымную работу двигателя, т.е. обладать коротким периодом задержки воспламенения, что косвенно определяется цетановым числом (ЦЧ);

в) образовывать минимальное количество нагара, отложений и не вызывать коррозию;

г) быть минимально токсичным.

3.2 Свойства дизельного топлива, влияющие на его подачу в цилиндры двигателя

Подача топлива в цилиндры двигателя в основном зависит от его вязкости, температуры помутнения и застывания, содержания воды, механических и других примесей. Поэтому одним из эксплуатационных свойств дизтоплива является - вязкость.

Вязкость дизтоплива оказывает большое влияние на смесеобразование, полноту сгорания, износ деталей двигателя и особенно дизельной топливной аппаратуры. Вязкость дизтоплива, равно как и других жидкостей, характеризует его подвижность, величину внутреннего трения. Выражается она, как известно, в единицах динамической (Пуазы), кинематической (мм/с²) и условной (ВУ) безразмерной.

В ГОСТах пользуются в основном кинематической вязкостью, которую определяют капиллярными вискозиметрами типа ВПЖ, на основе замера времени истечения через его капилляры определенного количества испытуемого топлива. Вязкость дистиллированной воды при температуре 20,2⁰С равна одному мм²/с.

В соответствии с ГОСТ 305-82 кинематическая вязкость при 20⁰С должна быть: для летнего дизтоплива 3,0…6,0 мм²/с; для зимнего - 1,8…5,0 мм²/с; арктического - 1,5…4,0 мм²/с.

При малой вязкости, меньшей, чем 1,8 мм²/с - нарушается: дозировка топлива, вследствие просачивания топлива между гильзой и плунжером топливного насоса; наблюдается неоднородность рабочей смеси; ухудшается процесс сгорания и перегрев форсунок; происходит повышенный износ деталей топливного насоса.

Высокая вязкость дизтоплива приводит к ухудшению фильтрации, распыливанию и сгоранию, перебоям в подаче. Вязкость топлива в пределах 1,8…7,0 мм²/с практически не влияет на износ плунжеров топливной аппаратуры.

На процесс смесеобразования заметное влияние оказывает и плотность топлива, которая для товарных топлив должна быть 830…860 кг/м³ при высокой плотности длина факела распыливания увеличивается сверх оптимальной величины, при низкой становится недостаточной для создания однородной смеси, что влечет к ухудшению процесса сгорания. Перевод дизеля на топливо с меньшей вязкостью и плотностью может привести к прогару головок поршня. Так при работе топливной аппаратуры на газоконденсатном дизельном топливе без ее регулировки происходит уменьшение цикловой подачи топлива и снижение максимального давления топлива в трубопроводе высокого давления на 10…15%. Период задержки впрыска увеличивается на 2…4⁰ поворота коленчатого вала. Плотность отечественных дизельных топлив находится в довольно широких пределах, так как зависит не только от качества перерабатываемой нефти, но и от технологии получения топлива.

При понижении температуры дизтопливо теряет свою прозрачность и мутнеет. Склонность дизтоплива к образованию микрокристаллов парафина и церезина, вследствие чего оно мутнеет, но не теряет текучести, характеризуется температурой помутнения. Температура помутнения дизтоплива - это та температура, при охлаждении до которой оно теряет свою прозрачность вследствие выделения микрокристаллов парафина и церезина. Процесс подачи нарушается, вследствие забивания микрокристаллами фильтрующих элементов тонкой очистки, появляются перебои в работе двигателя. Для надежной подачи в двигатель дизтоплива в зимнее время, оно должно иметь температуру помутнения на 3…5 ниже температуры использования.

При дальнейшем понижении температуры на 5…15⁰ после его помутнения дизтопливо застывает. При этом из жидкой фазы выпадают твердые кристаллы парафина и церезина, топливо становится кашицеобразным, прекращается подача. Потеря подвижности дизтоплива характеризуется температурой застывания. Температурой застывания называется температура, при которой дизтопливо загустевает настолько, что уровень его остается постоянным в течение одной минуты при наклоне стандартной пробирки с топливом на угол 45⁰ от вертикальной оси.

Температура застывания является важнейшим эксплуатационным показателем дизтоплива и определяет возможность его использования при данной температуре воздуха. Так для летних дизельных топлив температура застывания - минус 10⁰С, зимних - минус 35…45⁰С, арктических минус 55⁰С. Минимальная температура воздуха при работе двигателя должна быть на 10…15⁰С выше температуры застывания.

Для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания зимние топлива получают облегчением фракционного состава, но это приводит к снижению отбора дизельного топлива из нефти с 42 до 30,5%. Сократить потери при производстве зимнего дизтоплива можно введением в топливо депрессорных присадок (в сотых долях процента). Добавка этих присадок позволяет снизить предельную температуру фильтруемости на 10…15⁰С и температуру застывания на 15…20⁰С.

При отсутствии зимних сортов дизельного топлива (как временная мера) их можно заменять летними с добавлением керосина:

а) при температуре от 0 до минус 10⁰С - 10…20% керосина;

б) при температуре от минус 5 до минус 15⁰С - 50%;

в) при температуре от минус 15 до минус 25⁰С - 60…70%.

Хорошими заменителями зимних сортов являются все топлива для воздушно-реактивных двигателей: Т-1, ТС-1, Т-2, РТ - ГОСТ 10227-86; Т-6, Т-8В - ГОСТ 12308-89 они имеют низкую температуру застывания (-60⁰С) и высокое цетановое число (43…50ед).

Могут применяться как в чистом виде, так и для разбавления летних сортов.

3.3 Фракционный состав дизельного топлива

В зависимости от климатических зон страны и условий эксплуатации автотракторной техники стандартом предусмотрен выпуск дизельного топлива трех марок: Л - летнее, З - зимнее, А - арктическое (ГОСТ 305-82 с измен.) (табл. 3.3).

Таблица 3.3 - Характеристика дизельного топлива (ГОСТ 305-82 с измен.)

Примечание. Для топлив марок Л, З, А: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды - отсутствие, испытание на медной пластинке выдерживает

Топливо Л предназначено для дизелей, эксплуатирующихся при температуре окружающего воздуха 0⁰С и выше.

Дизельное топливо марки 3 выпускается двух видов: с температурой застывания не выше минус 35⁰С и минус 45⁰С. Первое предназначено для использования в умеренных климатических зонах при температуре окружающего воздуха минус 20⁰С и выше. Второе - для использования в холодной климатической зоне с температурой окружающего воздуха 30⁰С и выше.

Температура застывания арктического дизельного топлива не выше минус 55⁰С. Оно предназначено для двигателей, работающих в условиях Севера и Сибири при температуре воздуха минус 50⁰С и ниже.

По содержанию серы дизельное топливо подразделяется на два вида: первый - содержание ее не более 0,2%, второй - не более 0,5% для топлива марок Л и З и не более 0,4% - для арктического топлива.

ГОСТом введена новая форма обозначения дизельного топлива: для летнего топлива в обозначении входят цифры, соответствующие содержанию серы в процентах и температуре вспышки; в марке зимнего топлива указывается содержание серы в процентах и температура застывания; для арктического топлива - только содержание серы в процентах.

Например, Л-0,2-40 означает: Л - топливо летнее с содержанием серы 0,2% и температурой вспышки 40⁰С; 3-02-(минус 45) - топливо зимнее с содержанием серы 0,2% и температурой застывания минус 45⁰С; А-0,4 - арктическое топливо с содержанием серы 0,4%.

Дизельное топливо (ГОСТ 305-82) получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. В качестве сырья для гидроочистки нередко используют смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от перерабатываемой нефти колеблется от 0,8% до 1,0% (для сернистых нефтей), а содержание серы в гидроочищенном компоненте - от 0,08% до 0,1%.

Дизельное экспортное топливо (ТУ 38.401-58-110-94) вырабатывают для поставок на экспорт с содержанием серы 0,2%.

Исходя из требований к содержанию серы, дизельное экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракциях. Для оценки его качества по требованию заказчиков определяют дизельный индекс (а не цетановое число, как принято по ГОСТ 305-82). Кроме того, вместо определения содержания воды и коэффициента фильтруемости экспресс методом устанавливают прозрачность топлива при температуре 10⁰С.

Экологически чистое дизельное топливо выпускают по ТУ 38.1011348-90.

Технические условия предусматривают выпуск двух марок летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) дизельного топлива с содержанием серы до 0,05% (вид 1) и до 0,1% (вид 2).

С учетом ужесточающихся требований по содержанию ароматических углеводородов введена норма по этому показателю: для топлива марки ДЛЭЧ-В - не более 20%, для топлива марки ДЗЭЧ - не более 10%. Экологически чистые топлива вырабатывают гидроочисткой дизельного топлива, допускается использование в сырье гидроочистки дистиллятных фракций вторичных процессов.

Городское дизельное топливо (ТУ 38.401-58-170-96) предназначено для использования в г.Москве.

Контрольные вопросы