Тема Лекции: Назначение дизельных топлив.

Тема Лекции: Назначение дизельных топлив.

Эксплуатационные требования к дизельным топливам

Изучить теоретически , выполнить конспект материала.

Дизельное топливо– это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения в пределах от 200 до 350°С. Дизельное топливо прозрачная, более вязкая, чем бензин, жидкость. Его окраска зависит от содержащихся смол и меняется от желтого до светло – коричневого цвета. Дизельное топливо в воде практически не растворяется и так же, как и бензин, легче нее.

Дизельное топливо по ГОСТ 305-82 получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. В качестве сырья для гидроочистки используется 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 в пределах 0,8-1,0% (для сернистых нефтей), а содержание серы в гидроочищенном компоненте – от 0,08 до 1,0%.

Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники.

В дизелях топливо смешивается с воздухом непосредственно в камере сгорания, и отсутствует принудительное зажигание рабочей смеси. Отсюда специфические требования к качеству дизельного топлива. В цилиндрах дизельного двигателя сжимается не рабочая смесь, а воздух. В воздух, сжатый в цилиндре до 3,0 ... 7,0 МПа и нагретый за счет высокого давления до 500 ... 800 °С, под высоким давлением (до 150 МПа) через форсунку впрыскивается топливо. Оно испаряется, нагревается до температуры самовоспламенения, перемешивается с горячим воздухом и сгорает. Сложные процессы смесеобразования и сгорания топлива осуществляются за небольшой промежуток времени, соответствующий 20 ... 25° поворота коленчатого вала.

В карбюраторном двигателе при равной частоте вращения коленчатого вала приходится в 10 ... 15 раз больше времени, чем в дизелях.

Надежная и экономичная работа дизельных двигателей обеспечивается, когда правильно подобрано топливо, установлен оптимальный угол опережения впрыска, и когда смесь полностью сгорает во время рабочего хода. Иначе увеличивается дымность выхлопа, падает мощность, повышается удельный расход топлива.

Дизельные двигателя очень широко распространены в народном хозяйстве, их устанавливают на тракторах, самоходных шасси, комбайнах, дорожных машинах, широко применяют в железнодорожном и водном транспорте, на мощных грузовых автомобилях, используют в различных стационарных и передвижных энергетических установках и т. д. С каждым годом растет мощность дизельного парка, а, следовательно, и потребление дизельных топлив. Основное преимущество дизельных двигателей — меньший удельный расход топлива, чем у карбюраторных: 170—195 г/л. с. ч. против 220—250 г/л. с. ч. Большая экономичность достигается главным образом за счет высоких степеней сжатия — 14—20 (у карбюраторных 6—9).

Во Франции 70% парка автомобилей легковых – дизельные.

На преодоление 5575 км дизельный универсал израсходовал 470,4 л дизтоплива (8,4 л/100 км), которое обошлось в 546,13 евро (ноябрь 2008 г.). Автомобиль с бензиновым двигателем расходуя 9,6 л на 100 км пробега, выпил 537,6 л бензина на 665 евро. Дизельный мотор сэкономил 119 евро.

В тоже время дизели отличаются большей сложность в изготовлении и большими габаритами. По экономичности и надежности работы дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Дизельные двигатели выпускают разной мощности: от нескольких л. с. до десятков тысяч. На тракторах сельскохозяйственного назначения установлены двигатели мощностью 20—100 л. с. Пока в небольших количествах используются мощные высокофорсированные тракторы К-700 (мощность 200 л. с.), Т-140 и Т-180 (мощность 140 и 180 л. с.) и др., но с каждым годом удельный вес мощных тракторов повышается.

В зависимости от средней скорости движения поршня двигатели делятся на быстроходные (частота вращения коленчатого вала больше 1000 об/мин, скорости поршня выше 6,5 м/с) и тихоходные с частотой вращения коленчатого вала в минуту менее 700 и скоростью поршня ниже 6,5 м/с. Современные, а особенно перспективные, дизельные двигатели являются форсированными по частоте вращения и среднему эффективному давлению.

Распыл топлива в дизелях осуществляется сжатым воздухом (компрессорные) и форсункой, работающей под высоким давлением, создаваемым топливным насосом высокого давления ТНВД (бескомпрессорные). Транспортные двигатели только бескомпрессорные, стационарные бывают и те и другие.

Бескомпрессорные дизельные двигатели по смесеобразованию и сгоранию топлива подразделяются на двигатели с непосредственным впрыском, в которых распыл и сгорание происходят в одной камере, и с разделенными камерами сгорания (предкамерные, вихрекамерные и др.), где распыл и основное сгорание топлива осуществляются в разделенных камерах. Более перспективны двигатели с непосредственным впрыском топлива.

Основная масса дизельных двигателей - четырехтактные, в них рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала, но есть и двухтактные, в которых рабочий цикл происходит за два хода поршня или один оборот коленчатого вала. Двухтактные двигатели имеют высокую литровую мощность, но более теплонапряжены, так как у них за единицу времени совершается в два раза больше рабочих ходов. Наиболее распространены четырехтактные быстроходные дизели.

Ассортимент выпускаемых дизельных топлив очень велик: от легких маловязких, предназначенных для сжигания в быстроходных двигателях, до тяжелых вязких продуктов для тихоходных дизелей. По химическому составу дизельные топлива в основном состоят из парафиновых и нафтеновых углеводородов с небольшим количеством ароматических и непредельных соединений. В летних сортах топлив больше парафиновых углеводородов, а в зимних — нафтеновых.

Условия работы быстроходных дизельных двигателей тяжелее, чем тихоходных, у них значительно выше механические и тепловые нагрузки. Высокая экономичность быстроходных двигателей достигается форсировкой и большой теплонапряженностью, что значительно повышает требования к качеству сжигаемого топлива. Быстроходные двигатели, устанавливаемые на автомобилях, тяжелых грузовиках, тракторах и комбайнах, наиболее распространены, поэтому в дальнейшем изложении основное внимание уделяется топливу для них.

Схема работы четырехтактного дизельного двигателя следующая: ход всасывания — поршень движется вниз, цилиндр двигателя заполняется свежим воздухом из окружающей атмосферы; ход сжатия — поршень от НМТ перемещается вверх и сжимает свежий заряд воздуха, в результате сжатия давление повышается до 3,0-5,0 МПа, а температура увеличивается до 600 – 700 °С, в конце хода сжатия за 14-20° до подхода поршня к ВМТ начинается подача топлива, заканчивающаяся 6-10° после ВМТ. Топливо перемешивается с воздухом, испаряется, окисляется, воспламеняется и сгорает, химическая энергия топлива переходит в тепловую, а тепловая — в механическую работу, совершается рабочий ход поршня. Давление в цилиндре двигателя поднимается до максимального значения р = 7,0-8,0 МПа, а температура до 1700-1900 °С. Расширяясь, продукты сгорания топлива давят на поршень, который из ВМТ перемещается вниз (рабочий ход). Последний, четвертый, ход поршня — выхлоп, когда поршень двигается вверх и выталкивает отработавшие газы через выхлопную систему в окружающую атмосферу.

Для обеспечения своевременного и полного сгорания топлива за тот ничтожно короткий промежуток времени, который отводится на процессы смесеобразования и сгорания в быстроходных дизельных двигателях, топливо должно удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям.

1. Обладать хорошей прокачиваемостью, чтобы обеспечивать надежную работу топливного насоса высокого давления, а для этого иметь оптимальную вязкость, хорошие низкотемпературные свойства и не содержать 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 осуществлялся легкий пуск холодного двигателя, плавное нарастание давления (мягкая работа) и полное бездымное сгорание. Эти свойства топлива зависят от его химического и фракционного состава и вязкости. Химический состав топлива оценивается цетановым числом, которое характеризует воспламеняемость и является основным показателем моторных свойств топлива.

5. Топливо должно иметь возможно более высокую теплоту сгорания.

6. Не должно вызывать повышенного образования нагара и других отложений на клапанах, кольцах, поршнях, вызывать закоксовывание иглы распылителя. Склонность к нагаро- и лакообразованию топлива зависит от его химического и фракционного состава, глубины очистки, вязкости, содержания механических примесей.

6. Не должно содержать коррозийно-активных продуктов, вызывающих коррозию резервуаров, тары, топливопроводов, топливоподающей аппаратуры, деталей двигателя. В топливе должно быть минимальное количество веществ, продукты сгорания которых вызывают коррозию деталей двигателя. Коррозийные свойства топлива зависят от наличия в нем минеральных и органических кислот, сернистых соединений и воды.