Способы повышения самовоспламеняемости дизельного топлива

Топлива для дизельных двигателей. 3. Способы повышения самовоспламеняемости топлив.

Для дизелей используют более дешёвые, чем бензины, сорта нефтяных топлив (керосиногазойлевые и соляровые фракции). Согласно существующим стандартам дизельное топливо получают двух видов: из малосернистых (ГОСТ 4749-73) и сернистых (ГОСТ 305-73) нефтей. Дизельное топливо выпускается следующих марок: ДА, ДЗ, ДЛ, и ДС (ГОСТ 4749-73) и А,ЗС,Л и С (ГОСТ 305-73).

Зимние и летние топлива различаются главным образом температурой застывания. Качество дизельного топлива оценивают цетановым числом. Дизельное топливо сравнивают со смесью из двух топлив: цетана и альфаметилнафталина. Цетан обладает минимальным периодом запаздывания воспламенения, обеспечивает работу двигателя по мягкой характеристике, для него цетановое число условно принимают равным 100. Альфаметилнафталин обладает наибольшим периодом запаздывания воспламенения (трудно воспламеняется) и вызывает работу двигателя по жёсткой характеристике: его цетановое число условно принимают равным 0. Если испытываемое дизельное топливо ведёт себя в отношении воспламеняемости как объёмная смесь, состоящая например, из 40% цетана и 60% альфаметилнафталина, то цетановое число такого топлива равно 40 и т.д. По содержанию серы дизельное топливо бывает двух видов: содержание серы не более 0,2%; содержание серы от 0,2 до 0,5%. Например, топливо Л – 0,2 – летнее с содержанием серы до 0,2%, топливо ЗС – 0,5 – зимнее северное с содержанием серы до 0,5%.

Чем тяжелее фракции дизельного топлива, тем ниже tє его воспламенения. Бензин имеет tє самовоспламенения 425єС, газолин 400єС, а дизельное топливо 300…330єС.

Топливо, которое имеет высокую tє самовоспламенения, не может использоваться для дизельных двигателей.

Для воспламенения топлива необходимо чтобы tє при которой самовоспламеняется распыленное топливо, была бы ниже от tє, которая возникает при сжатии воздуха в цилиндре двигателя.

Для обозначения самовоспламенения Д.П. необходимо подобрать такой состав смеси цетану и альфаметилнафталину, который был бы равнозначным с tє самовоспламенению, исследуемому топливу.

Таким образом, цетановое число топлива обозначается процентным составом(за объёмом) цетана в эталонном топливе, которое имеет одинаковое самовоспламенение с исследуемым топливом.

Из рис. 3 и 4 выходит, что Д.П. должно иметь цетановое число определённых оптимальных границ.

Рис№3.Зависимость цетанового числа Д.П. от степени сжатия в дизели.

Рис№4.Зависимость параметров от цетанового числа топлива.

При очень высоком цетановом числе время пуска двигателя при заданной tє уменьшается (рис.5). однако надёжный пуск холодного двигателя больше зависит от его конструкции и режима пуска, нежели от цетанового числа топлива.

Для современных высокооборотистых двигателей отечественного производства используют топливо с цетановыми числами 45:52.

Рис№5.Зависимость продолжительности пуска двигателя от цетанового числа топлива при разных tє воздуха(частота вращения коленвала 100кв-№­).

Цетановое число топлива можно повысить 2-мя способами: регулированием углеводородного состава или введением специальных присадок.

1- Способ: состоит в том что, цетановое число можно значительно повысить, увеличивая % разных нормальных парафинов и уменьшая – ароматичных углеводов.

2- Способ: это введение в топливо всего 1% косметических присадок (органические присадки, сложные эфиры и др.), даёт возможность повысить цетановое число на 8…12 единиц.

Источник

Жесткая работа дизелей.

Топливо в цилиндры двигателя подается в жидкой фазе. С момента введения в цилиндр первой порции топлива начинается подготовка этой и последующих порций к сгоранию, на что требуется определенное время (t₁)(Рис.77.), называемое периодом задержки самовоспламенения (период задержки самовоспламенения складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешивание паров топлива с воздухом, а также времени, необходимого для завершения предпламенной реакции и формирования очагов самовоспламенения.).

Если величина периода задержки укладывается в определенные пределы, то в работе дизеля не происходит недопустимых отклонений от нормы. Следствием увеличения задержки самовоспламенения (t₂) (Рис.77.) является очень интенсивное тепловыделение на первой стадии горения, в результате чего создается очень высокая скорость нарастания давления. Если при этом темп повышения давления превзойдет 0,6 МПа на один градус поворота коленчатого вала, то возникает ненормальная, а так называемая жесткая работа дизеля. При жесткой работе дизельного двигателя его детали работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и поломкам, перерасходу топлива, дымному выпуску и снижению мощности.

Период задержки самовоспламенения складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешивание паров топлива с воздухом, а также времени, необходимого для завершения предпламенной реакции и формирования очагов самовоспламенения.

Фракционный составхарактеризует испаряемость дизельного топлива. У дизельных двигателей смесеобразование происходит за 20-40º поворота коленчатого вала и составляет всего лишь 0,001 – 0,004 с, т.е. примерно в 10-15 раз меньше, чем у карбюраторных двигателей. При таком ограниченном времени однородная качественная рабочая смесь может быть получена только при достаточно хорошем распыливании и испаряемости топлива.

Топливо с утяжеленным фракционным составом вследствие плохой его испаряемости приводит к несвоевременному воспламенению и плохому сгоранию, смыванию масла со стенок цилиндров, повышенному износу, ухудшению топливной экономичности.

В отличие от бензинов фракционный состав дизельного топлива определяется лишь температурами выкипания 50 и 96 % топлива. Это связано с тем. Что между температурой выкипания 10 % дизельного топлива и работой дизеля однозначной связи не установлено. При облегчении топлива ухудшается пуск дизелей, так как легкие фракции имеют худшую по сравнению с тяжелыми фракциями самовоспламеняемость. В связи с этим пусковые свойства дизельного топлива для автомобилей в какой-то степени определяет температура выкипания 50 % топлива. Температура выкипания 96 % топлива является температурой конца кипения и регламентирует содержание в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение которых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повышает нагарообразование и дымность отработавших газов.

Самовоспламеняемость дизельных топлив.

Самовоспламеняемостью дизельного топлива называется способность его паров воспламеняться без источника зажигания.

Это свойство в значительной мере определяет подготовительную фазу процесса сгорания – период задержки самовоспламенения.

Метод оценки самовоспламеняемости дизельных топлив аналогичен методу оценки детонационной стойкости бензина. В том и другом случаях испытуемый образец сопоставляется с эталонными топливами на специальных незначительно различающихся друг от друга по устройству одноцилиндровых двигателях серии ИТ9 (ИТ9-3 – одноцилиндровый двигатель с переменной степенью сжатия ( = 7 23) метод совпадения вспышек по ГОСТ 3122-67).

Эталонную смесь составляют из двух углеводородов высокой степени частоты: цетан (нормальный гексадекан) С₁₆Н₃₄ и альфаметилнафталин С₁₀Н₇СН₃. Самовоспламеняемость первого условно принята за 100 ед., а второго за 0 ед.

Цетановым числом топлива называется показатель его самовоспламеняемости, численно равный процентному (по объему) содержанию цетана в такой его смеси с альфаметилнафталином, которая равноценна данному топливу по самовоспламеняемости при испытании в стандартном двигателе.

Цетановые числа дизельных топлив зависят от их углеводородного состава, структуры и молекулярной массы. Наиболее высокие цетановые числа у парафиновых углеводородов, более низкие у нафтеновых и самые низкие у ароматических. Содержание парафиновых углеводородов в дизельных топливах ограничивается, что связано с высокими температурами их помутнения и застывания. Нафтеновые углеводороды присутствуют в дизельных топливах в значительных количествах, так как имеют удовлетворительные цетановые числа и температуры застывания.

Оптимальное цетановое число дизельных топлив находится в интервале 40-50. Применение топлива с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе двигателя, а более 50 – нецелесообразно, так как снижается экономичность двигателя (из-за уменьшения полноты сгорания топлива), наблюдается дымный выпуск отработавших газов и перегрев форсунки. При возрастании цетанового числа улучшаются пусковые свойства топлива.

Повышение цетанового числа дизельных топлив достигается двумя способами: воздействием на их химический состав и введением специальных присадок.

Первый способ заключается в одновременном увеличении концентрации нормальных парафинов и снижении содержания ароматических углеводородов ( этот метод не приемлем для повышения цетанового числа зимних марок дизельного топлива, так как нормальные парафины имеют повышенные по сравнению с углеводородами других гомологических рядов температуры плавления.)

Второй способ основан на введении в дизельное топливо специальных кислородосодержащих присадок, к которым относятся органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты (этилнитрат, изопропилнитрат или цеклогексилнитрат) и др.

Эти присадки, являясь сильными окислителями, ускоряют зарождение и развитие реакций с образованием из топлива перекисей, от разложения которых ускоряется весь комплекс предпламенных процессов.

Химическая стабильность дизельных топлив.

Дизельные топлива, полученные при разгонки нефти с малым содержанием сернистых соединений обладают высокой химической стабильностью и способны храниться длительное время без изменения своих свойств (до пяти лет и более). Меньшей химической стабильностью обладают дизельные топлива, содержащие в своем составе значительное количество олефинов и меркаптанов. Количество фактических смол в таких топливах постоянно увеличивается, что является следствием окисления олефинов и оказывает негативное влияние на работу системы питания и повышает нагарообразование в двигателе. В связи с выше сказанным стандартами на дизельные топлива ограничивается содержание в них фактических смол (в зимних марках не более 30, а в летних не более 40 мг на 100 мл топлива).

Еще одним показателем, отражающим содержание в дизельном топливе олефинов, является йодное число.

Йодным числом называется количество йода в граммах, которое способно присоединиться к 100 г нефтепродукта.

Чем больше олефинов в топливе, тем больше йодное число. Йодное число должно быть не более 6 г йода на 100 г летних и зимних марок дизельного топлива.

Следующим показателем, характеризующим, химическую стабильность дизельных топлив является наличие в их составе меркаптанов, которые помимо значительного коррозионного воздействия на элементы системы питания (плунжерные пары и детали форсунок) способны к химическим превращениям, в том числе и к реакциям окисления с образованием смол. Принимая во внимание большую коррозионную активность и малую химическую стабильность меркаптанов, разработана специальная методика для количественного определения в дизельных топливах и бензинах так называемой меркаптановой серы, т.е. выраженную в процентах долю топлива, которая приходиться на имеющуюся в меркаптанах серу. Содержание меркаптановой серы в бензинах и дизельных топливах не должно превышать 0.01 %.

Дата добавления: 2015-04-21 ; просмотров: 3886 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Топлива для дизельных двигателей. 3. Способы повышения самовоспламеняемости топлив

3.3 Топлива для дизельных двигателей. 3. Способы повышения самовоспламеняемости топлив.

Для дизелей используют более дешёвые, чем бензины, сорта нефтяных топлив (керосиногазойлевые и соляровые фракции). Согласно существующим стандартам дизельное топливо получают двух видов: из малосернистых (ГОСТ 4749-73) и сернистых (ГОСТ 305-73) нефтей. Дизельное топливо выпускается следующих марок: ДА, ДЗ, ДЛ, и ДС (ГОСТ 4749-73) и А,ЗС,Л и С (ГОСТ 305-73).

Зимние и летние топлива различаются главным образом температурой застывания. Качество дизельного топлива оценивают цетановым числом. Дизельное топливо сравнивают со смесью из двух топлив: цетана и альфаметилнафталина. Цетан обладает минимальным периодом запаздывания воспламенения, обеспечивает работу двигателя по мягкой характеристике, для него цетановое число условно принимают равным 100. Альфаметилнафталин обладает наибольшим периодом запаздывания воспламенения (трудно воспламеняется) и вызывает работу двигателя по жёсткой характеристике: его цетановое число условно принимают равным 0. Если испытываемое дизельное топливо ведёт себя в отношении воспламеняемости как объёмная смесь, состоящая например, из 40% цетана и 60% альфаметилнафталина, то цетановое число такого топлива равно 40 и т.д. По содержанию серы дизельное топливо бывает двух видов: содержание серы не более 0,2%; содержание серы от 0,2 до 0,5%. Например, топливо Л – 0,2 – летнее с содержанием серы до 0,2%, топливо ЗС – 0,5 – зимнее северное с содержанием серы до 0,5%.

Чем тяжелее фракции дизельного топлива, тем ниже tº его воспламенения. Бензин имеет tº самовоспламенения 425ºС, газолин 400ºС, а дизельное топливо 300…330ºС.

Топливо, которое имеет высокую tº самовоспламенения, не может использоваться для дизельных двигателей.

Для воспламенения топлива необходимо чтобы tº при которой самовоспламеняется распыленное топливо, была бы ниже от tº, которая возникает при сжатии воздуха в цилиндре двигателя.

Для обозначения самовоспламенения Д.П. необходимо подобрать такой состав смеси цетану и альфаметилнафталину, который был бы равнозначным с tº самовоспламенению, исследуемому топливу.

Таким образом, цетановое число топлива обозначается процентным составом(за объёмом) цетана в эталонном топливе, которое имеет одинаковое самовоспламенение с исследуемым топливом.

Из рис. 3 и 4 выходит, что Д.П. должно иметь цетановое число определённых оптимальных границ.

Рис№3.Зависимость цетанового числа Д.П. от степени сжатия в дизели.

Рис№4.Зависимость параметров от цетанового числа топлива.

При очень высоком цетановом числе время пуска двигателя при заданной tº уменьшается (рис.5). однако надёжный пуск холодного двигателя больше зависит от его конструкции и режима пуска, нежели от цетанового числа топлива.

Для современных высокооборотистых двигателей отечественного производства используют топливо с цетановыми числами 45:52.

Рис№5.Зависимость продолжительности пуска двигателя от цетанового числа топлива при разных tº воздуха(частота вращения коленвала 100кв-¹­).

Цетановое число топлива можно повысить 2-мя способами: регулированием углеводородного состава или введением специальных присадок.

1- Способ: состоит в том что, цетановое число можно значительно повысить, увеличивая % разных нормальных парафинов и уменьшая – ароматичных углеводов.

2- Способ: это введение в топливо всего 1% косметических присадок (органические присадки, сложные эфиры и др.), даёт возможность повысить цетановое число на 8…12 единиц.

3.4 Масла и смазки. 3. Технология очистки базовых масел.

Для смазки автомобильных двигателей согласно ГОСТ 17479-72 (введён с 1 января 1974г.) применяют следующие масла: М6Б,М8В,М10Г и т.д. в обозначении масла первая буква указывает на его назначение (М — моторное); цифры – кинематическую вязкость масла в сантистоксах (сСт) при 100°С; вторая буква – группу масла. Моторные масла по эксплуатационным свойствам делят на шесть групп: А,Б,В,Г,Д и Е. группы масел отличаются количеством и эффективностью введённых присадок. Меньше всего присадок в маслах группы А, а в каждой последующей больше, чем в предыдущей.

Масла группы Д и Е используют для специальных двигателей. Масла групп Б,В и Г вырабатывают двух видов: Б1, В1 и Г1 – для карбюраторных двигателей; Б2, В2 и Г2 – для дизелей. Универсальные масла, предназначенные для применения как в карбюраторных двигателях, так и в дизелях, обозначают буквой без цифрового индекса, например М10Г (ГОСТ17479-72).

Для смазки двигателей необходимо применять масла только тех сортов, которые рекомендует завод. В тёплое время года применяют масла с большей вязкостью, а в холодное время – масла с меньшей вязкостью или всесезонные.

Существует 3 основных способа: кислотно-лужёная, кислотно-контактная и селективными кислотами.

Кислотно-лужёная и кислотно-контактная очистка.

Главным способом реагентом есть серная кислота, которую добавляют в дистилянтные масла до 6%, а в оставшиеся до 10%. Серная кислота уничтожают смолистно-асфальтные и ненасыщенные сполуки, которые вместе с непрореагонированной кислотой выпадают в осадок, образуя кислый гудрон. При этом главными для масел есть непарафированые углеводы. После выделения кислого гудрону масла промывают водным луженым растворителем, который нейтрализует остатки серной кислоты и кислого гудрону. Очистка заканчивается промыванием масла водой и просушиванием перегретым паром или горячим воздухом. Из этого способа очистки масел образуются стойкие водомасляные эмульсии, поэтому обработку лугами заменяют контактной фильтрацией с использованием отбеливающих глин, которые имеют большую абсорбирующую способность полярно-активных растворителей.

У кислотно-контактной очистки 2 недостатка, это:

— большая стоимость и дефицит серной кислоты,

— образование кислого гудрона, очень токсичного и опасного для окружающей среды.

Очистка масел селективными растворителями. Это современный и эффективный способ очистки масел. Сначала подбирают растворитель (фенол,фурицилол и др.), который при определённых tº и количественному отношении с очищенным маслом выборочно (селективно) растворяет все вредные присадки и плохо, или совсем не растворяет масло. При этом получают 2 шара: масло и шар растворителя с вредными присадками. Шары разделяют, очищенное масло дочищают отбеливающими глинами, а экстрат раствора с вредными присадками поддают регенерации, после чего растворитель используют повторно. Для обеспечения качественной очистки высоковязких остальных масел используют способ парных растворителей. При этом один из них имеет выборочно растворить вредные присадки, а другой- очищенное масло. В этом разе для растворения присадок используют креозол с 30..50% фенола, а для растворения очищенного масла (рафината)- пропан. С целью поддержки пропана в жидком состоянии очистку проводят под давлением 2МПа.

Очистка масел гидрогенизацией.

Этот способ наисовременнейший. Процесс подобен гидроочистке топлива. Проводят его под давлением до 2 МПа в присутствии водорода при tº 380…400ºC.

Для улучшения низкотемпературных особенностей зимних и северных масел их поддают деасфальтации и депарафинизации.

Качество масел регламентируется условиями, в которых они работают, и оцениваются проявлением специфических особенностей: вязко-температурных, смазывающих, защищающих и коррозийных, а также наличием присадок.

Источник