Характеристики дизельных топлив и их маркировка

Характеристики дизельных топлив и их маркировка

 

Эксплуатационные требования к  качеству дизельного топлива

 

Свойства и показатели дизельного топлива, влияющие на работу двигателя

 

3.1 Свойства, влияющие на подачу  топлива в цилиндры двигателя

 

3.2 Низкотемпературные свойства  дизельного топлива

 

3.3 Физическая и химическая стабильность  топлива

 

1. Характеристика дизельных топлив. Маркировка

 

 

Дизельное топливо – это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения 200…350˚С.

 

Это прозрачная и более вязкая, чем бензин, жидкость желтого или  светло-коричневого цвета (в зависимости  от содержания в ней смол). С плотностью 0,8…0,83 кг/м3.

 

Для автомобильных дизельных двигателей выпускаются топлива на базе керосиновых, газойлевых и соляровых дистилляторов прямой перегонки нефти. Для снижения содержания серы используют гидроочистку и депарафинизацию.

 

В силу этого ДТ по своему химическому  составу представляет сложную смесь: алканов (от 10 до 40%), циклоалканов (20…60%) и ароматических соединений (14…30%) и их производных. С повышением температуры кипения фракции содержание ароматических углеводородов может увеличиваться до 40-47%. Средняя молекулярная масса ДТ находится в пределах от 110 до 230.

 

Маркировка дизельных топлив –  характеризует сезонность или географическую область применения.

 

Л. – летнее, рекомендуемое для эксплуатации при температуре воздуха от 0˚С и выше.

 

З. – зимнее, рекомендуемое для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 20 С и выше (при этом температура застывания ДТ не выше минус 35˚С), а также минус 30 С и выше (при этом температура застывания топлива не выше минус 45˚С).

 

А. – арктическое, рекомендуемое для эксплуатации при температуре воздуха минус 50˚С и выше.

 

По содержанию серы дизельные топлива  подразделяются на два вида:

 

массовая доля серы не более 0,2%

 

массовая доля серы не более 0,5% (а  для марки А. не более 0,4%).

 

В условное обозначение топлива  марки:

 

- Л. Должны входить массовая  доля серы и температура вспышки  топлива;

 

- З. должны входить массовая  доля серы и температура застывания  топлива;

 

- А. должны входить только  массовая доля серы.

 

Например, Л. – 0,2 – 40 обозначает топливо  летнее с массовой долей серы до 0,2% и температурой вспышки 40˚С;

 

З. – 0,2 – 35 обозначает топливо зимнее, с массовой долей серы до 0,2% и  температурой застывания минус 35˚С;

 

А. – 0,4 – обозначает топливо арктическое, с массовой долей серы 0,4%.

 

Топлива для умеренной климатической  зоны имеют более высокую температуру  помутнения и застывания, а топлива  для холодных климатических зон  – более низкую. рекомендуемое для эксплуатации при температуре воздуха от 0 С и выше. алканов (от 10 до 40%)овых дистилляторов прямой перегон, рекомендуемое для

 

Топливо арктическое имеет температуру  застывания минус 55˚С.

 

Для экспортных топлив, содержание серы не должно превышать 0,1%, фактических  смол 25 мг на 100 см3, а зольность не более 0,008%.

 

Непредельных углеводородов в  дизельных топливах практически  нет.

 

В некоторые сорта дизельных  топлив практически добавляют 20% каталитического  газойля с содержанием ароматических  углеводородов.

 

Экологически чистые дизельные  топлива производят из гидроочищенных газойлевых фракций прямой гонки и вторичных процессов. Они не имеют антиокислительных присадок и содержат в себе общей серы не более 0,05%. Такие топлива без антиокислительных присадок имеют низкую химическую стабильность и непригодны для длительного хранения.

 

Для улучшения качества дизельных  топлив на нефтеперерабатывающих заводах  добавляют присадки: изопропилнитрат и циклогексилнитрат с целью повышения цетанового числа.

 

В прямогонных фракциях, в зависимости  от перерабатываемой нефти, содержание серы колеблется в пределах:

 

- для сернистых нефтей от 0,8 до 1,0%;

 

- в гидроочищенном компоненте от 0,08 до 0,1%.

 

Городские дизельные топлива с  улучшенными экологическими показателями имеют присадки:

 

- летом антидымные (ЭФАП-Б) или импортныую Лубризол 8288;

 

- зимой депрессорную – сополимер этилена с винилацетаном.

 

В городских топливах экологические  свойства, такие как дымность и токсичность отработавших газов меньше на 30…50% по сравнению с топливами без присадок. Они также отвечают европейским требованиям по содержанию серы.

 

2. Эксплуатационные требования  к качеству дизельного топлива

 

 

В дизельных двигателях сложные  процессы смесеобразования и сгорания топлива происходят в течении очень малого промежутка времени. Угол поворота коленчатого вала за этот период соответствует только 20˚. Поэтому, чем будет быстроходнее двигатель, тем время этого процесса будет меньше.

 

Если сравнивать бензиновый и дизельный  двигатели, то в бензиновом двигателе  при равной частоте вращения коленчатого  вала на процесс смесеобразования и  сгорания рабочей смеси приходится в 10…15 раз больше времени.

 

Исходя из такого явления, происходящего  в цилиндрах дизельного двигателя, к качеству дизельного топлива предъявляются  специфические требования, такие  как:

 

Хорошая прокачиваемость как условие бесперебойной и надежной работы ТНВД;

 

Обеспечение тонкого распыла и  хорошего смесеобразования;

 

«Мягкий» пуск дизельного двигателя;

 

Полное сгорание рабочей смеси  в цилиндрах и при этом работа двигателя должна быть «мягкая»;

 

Предотвращение нагорообразования на клапанах, поршнях и поршневых кольцах;

 

Недопущение зависания игл и  закоксовывания распылителей фарсунок;

 

Отсутствие коррозионного воздействия  на детали двигателя, топливоподающую  систему, топливопроводы и топливные баки;

 

Высокая химическая и физическая стабильность.

 

Таким образом, надежная и экономичная  работа дизельного двигателя обеспечивается при выполнении следующих условий:

 

Дизельное топливо для двигателя  подобрано правильно;

 

Оптимальный угол опережения впрыска  установлен верно;

 

Во время рабочего хода рабочая  смесь сгорает полностью.

 

Если эти главные условия  не будут соблюдаться, то мощность дизельного двигателя будет падать, дымность темного выхлопа увеличиваться, а удельный расход топлива возрастет.

 

3. Свойства и показатели дизельного  топлива, влияющие на работу  двигателя

 

 

3.1 Свойства и показатели ДТ, влияющие на подачу топлива  в цилиндры двигателя

 

 

Свойства и показатели ДТ, влияющие на подачу топлива в цилиндры относятся:

 

Вязкость топлива;

 

Температурные свойства топлива;

 

Физическая и химическая стабильность топлива.

 

 

Вязкость – это показатель, определяющий прокачиваемость топлива по системе питания. Для ДТ различных марок вязкость бывает от 1,8 до 6,0 мм2/с. сели вязкость будет выше или ниже этих пределов, то работа топливоподающей аппаратуры нарушится, после чего нарушится смесеобразование и сгорание дизельного топлива.

 

Если вязкость ДТ – низкая, то смесеобразование ухудшается, и становится некачественным из-за неполного использования воздуха.

 

Если вязкость ДТ – высокая, то смесеобразование также ухудшается из-за медленного испарения крупных  капель топлива, которые испаряются медленно и оседают на металле. Процесс  горения нарушается. Топливо сгорает  не полностью, увеличивается его  расход, повышается нагарообразование. КПД – падает.

 

С ростом температуры индекс вязкости топлива (ИВ) понижается, а при ее уменьшении – возрастает.

 

 

 

Рисунок. Изменение индекса вязкости (ИВ) дизельного топлива в зависимости  от температуры.

 

 

Лучшими свойствами обладает топливо  со средней вязкостью от 2,5 до 4,0 мм2/с при 20˚С. Это топливо сохраняет свои свойства при отрицательной температуре, т.к. текучесть его трубопровода не изменяется.

 

Однако, чем выше вязкость ДТ будет  при 20˚С, тем значительнее его изменение будет при понижении температуры. Поэтому, в зависимости от марки топлив применение его будут определять условия. Так для:

 

Летних ДТ вязкость должна быть 3,0…6,0 мм2/с;

 

Зимних ДТ – 1,8…5,0 мм2/с;

 

Арктических ДТ – 1,5…4,0 мм2/с.

 

Таким образом, вязкость ДТ в значительной степени предопределяет протекание рабочего процесса в цилиндрах двигателя, а следовательно, его эффективность и экономичность.

 

Низкотемпературные свойства ДТ.

 

Эти свойства зависят от:

 

Группового состава;

 

Фрикционного состава.

 

Парафиновые (алканы) и ароматические (арены) – это наихудшие группы.

 

Цикланы – это лучшая группа.

 

Все углеводороды, входящие в состав ДТ, имеют высокую температуру  кристаллизации. Особенно это относится  к парафиновым углеводородам. В  холодную погоду они видны невооруженным  глазом в виде кристалликов. Это  все сковывает подвижность ДТ и образуется каркас.

 

Эту потерю подвижности называют застыванием  ДТ. Такое топливо становится непригодным  к эксплуатации.

 

Поэтому начало кристаллизации углеводородов  характеризуется температурой помутнения, а потеря подвижности ДТ называется температурой застывания.

 

При температуре помутнения вязкость уменьшается незначительно. Однако, кристаллы, проникая через фильтры, образуют непроницаемую пленку и  подача топлива прекращается.

 

Чаще всего это проявляется  при пуске и проверке двигателя.

 

Но бесперебойная подача обеспечивается при температуре помутнения топлива  тогда, когда еще она будет  ниже на 5…10˚С от окружающего воздуха.

 

Температура застывания наступает  тогда, когда ДТ теряет текучесть.

 

Установлено, что температура помутнения обычно колеблется от -7 до -13˚С, а температура застывания наступает от -12 до -19˚С.

 

Разница между температурой помутнения и застывания составляет от 50 до 15˚С в зависимости от химического состава топлива.

 

Есть показатель, который определяет температуру фильтруемости, которую определяют путем прямой фильтрации топлива при заданной температуре.

 

Температура предельной фильтруемости для летнего ДТ равна – 5˚С, а для зимнего ДТ – 25˚С.

 

Присутствие в топливе гигроскопической влаги не сказывается на температуре  фильтруемости, которая повышается на 1…15%, при условии, если в ДТ есть эмульсионная вода в количестве до 0,1% от массы.

 

3.2 Низкотемпературные свойства  ДТ улучшаются двумя способами:

 

 

Удаление из состава топлива  высокоплавких парафинов нормального  строения;

 

Добавление в топливо депрессорных присадок (маркировки по ТУ38.101.889-87-ДЗп). Это приводит к снижению температуры  застывания с -10˚С до -35˚С, а снижение температуры фильтрации.

 

Например. Присадка «Аспект-Д» вводится в летнее и зимнее ДТ из расчета 2г на 1кг топлива. Она обеспечивает бесперебойную работу двигателя до температуры -20˚С. Это сокращает время пуска зимой.

 

Некоторые присадки снижают только температуру застывания и не влияют на температуру фильтруемости. Поэтому в баке появляется два слоя:

 

верхний (прозрачный) слой с пониженным цетановым числом;

 

нижний (мутный) слой, в котором  много мелких кристаллов парафина.

 

При отсутствии зимнего и арктического дизельного топлива допускается  разбавление летнего и зимнего  топлива керосином. Но при этом разбавленное керосином ДТ теряет часть своих  смазывающих свойств, что приводит к изнашиванию деталей топливной  аппаратуры.

 

И еще, смесь дизельного топлива  с керосином более пожароопасна.

 

Если добавлять в ДТ присадки специальные – антигели, то температура застывания снижается до -47˚С. Это обеспечивает эксплуатацию при очень низких температурах.

 

 

Выводы:

 

Низкотемпературные свойства ДТ определяются содержанием в них высокоплавких  углеводородов и воды, характеризуемые  показателями:

 

Температурой помутнения;

 

Температурой застывания;

 

Предельной температурой фильтруемости.

 

Для двигателей, работающих на открытом воздухе, имеют большое значение такие показатели, как:

 

Температура застывания, характеризующая  полную потерю подвижности;

 

Температура помутнения, при которой  в топливе появляются первые кристаллы  парафина.

 

 

Физическая и химическая стабильность дизельного топлива

 

 

Под воздействием внешних факторов в ДТ протекают физические и химические процессы, т.е. происходит испарение, загрязнение  механическими примесями и водой, при охлаждении выпадают высокоплавкие  компоненты, а также окисление, разложение и конденсация. Кроме этого в  топливо попадают пыль из атмосферы, продукты коррозии, нерастворимые вещества, образующиеся в результате окисления.

 

Химическая стабильность топлива  зависит от его состава. Нестабильным считаются те топлива, где есть непредельные соединения (алкены) и смолы. Смолы откладываются на горячих поверхностях и мощность двигателя падает на 15…20%. Количество смол не должно превышать 5мг на 100мл топлива.

 

Смолы образуются в результате процессов  окислительной конденсации углеводородов  в зависимости от температуры  и катализаторов.