Автомобильные дизельные топлива

3. Свойства и показатели дизельного  топлива, влияющие на образование  отложений и коррозию на деталях  двигателя

 

Топливоподающая система дизельного двигателя должна сохранять чистоту. Поэтому ДТ должно сохранять свои эксплуатационные свойства такими, чтобы в системе не было загрязнений и образования отложений. Если это не соблюдать, то рабочий процесс двигателя будет нарушен, ухудшатся его технико-экономические и экологические показатели и увеличиться износ деталей.

На образование отложений оказывают влияние следующие факторы:

фракционный состав топлива;

содержание в топливе сернистых соединений;

содержание в топливе непредельных и ароматических углеводородов;

содержание смолистых соединений и неорганических примесей.

Фракционный состав ДТ, характеризуемый преобладанием легких или тяжелых фракций, всегда ухудшает процесс горения.

Если в ДТ преобладают легкие фракции, то горение в цилиндрах сопровождается стуками, а двигатель работает жестко.

Если в ДТ преобладают тяжелые фракции, то появляется дымление и загрязнение двигателя, увеличивается расход топлива, повышается нагарообразование, закоксовывание форсунки, интенсивно изнашиваются детали, двигатель перегревается, мощность двигателя снижается, а пуск его затрудняется.

 

Коррозионные свойства дизельного топлива

 

Если в ДТ находятся:

Органические кислоты;

Водорастворимые кислоты;

Щелочи;

Сернистые соединения,

То такое топливо является коррозионным.

Минеральные кислоты обнаруживаю по реакции водной вытяжки, а активные сернистые соединения обнаруживают с помощью пробы на медную пластину.

При работе дизеля на сернистом топливе образуются прочные трудноудаляемые лаковые отложения и нагар, которые увеличивают износ цилиндропоршневой группы. Поэтому по количеству сер в ДТ судят о его коррозионной стойкости.

Наиболее агрессивной является активная сера (т.е. элементарная сера – S, сероводород- H2S и меркаптаны). Содержание меркаптановой серы не должно быть.

Проба на медную пластинку гарантирует наличие H2S (сероводорода) и свободной серы S в такой концентрации, которая исключает химическую коррозию металлов топливной системы.

При высокой температуре в камерах сгорания образуются оксиды серы (SO2 и SO4), которые в присутствии влаги способствуют полимеризации нестабильных компонентов масла. В результате образуются твердые отложения.

Когда двигатель охлаждается, появляется конденсат паров воды, который вступает в реакцию соединения с SO2 или SO3, (серный и сернистый ангидриды) и образует серную кислоту (H2SO4).

Если в ДТ содержится менее 0,2% серы, то она будет неактивной и осложнений в работе двигателя вызывать не будет. Поэтому ее применение будет без ограничений.

Большинство топлив производят из сернистых нефтей с содержанием серы до 0,5%.

Обычно дизельные топлива подразделяются по наличию серы на подгруппы:

Наличие серы не более 0,2%;

Наличие серы от 0,21 до 0,5% (для летних и зимних марок);

Наличие серы от 0,21 до 0,4% (для арктических марок).

Таким образом, по количеству серы судят о коррозионной стойкости ДТ.

Если в ДТ будут присутствовать водорастворимые минеральные кислоты и щелочи, то появится коррозионное воздействие на металлы. Поэтому присутствие минеральных кислот и щелочей в ДТ не допускается, а содержание ограничивается 5мг гидрооксида калия – КОН на 100мл топлива.

Эта концентрация гарантирует, что химическая коррозия металлов будет исключена. Если гидрооксида калия – КОН на 100мл топлива будет больше, то возможна коррозия.

Таким образом, наличие в ДТ кислых соединений характеризуется кислотностью, которая при повышении ускоряет износ коренных и шатунных подшипников коленчатого вала.

Чтобы не допустить разрушающего действия кислот, их нейтрализуют, т.е. в дизельные масла добавляют противокоррозионные присадки. Например, нафтенатцинка (0,25…0,3%). Если двигатель будет работать на таком масле, то тогда можно использовать ДТ с содержанием серы не более 0,2%.

Следовательно, чтобы снизить коррозионные износ двигателя, необходимо, чтобы:

время на пуск двигателя и прогрев его было бы сокращено;

постоянно поддерживать его оптимальный тепловой режим.

 

Образование отложений в дизельном двигателе и их причины

 

При разгонке нефти с низким содержанием сернистых соединений, получают дизельные топлива с высокой химической стабильностью. Такие топлива долго сохраняют свои качества (более 5 лет хранения).

В нефти с содержанием большого количества серы (т.е. со значительным количеством олефинов – непредельных углеводородов и меркаптанов) химическая стабильность ДТ невысокая и оно быстро за короткий срок изменяет свое качество.

После применения такого топлива в дизельном двигателе появляется нагар и смолистые отложения. Причиной этого являются неполное испарение и плохое распыление ДТ внутри цилиндров из-за большой вязкости топлива с тяжелым фракционным составом. Кроме этого, наличие механических примесей в ДТ является причиной нагарообразования.

Следовательно, присутствие в топливе серы, фактических смол, золы (несгораемых примесей) и склонность такого топлива к нагарообразованию определяет динамику накопления нагара, которая характеризуется коксовым числом, т.е. способностью топлива образовывать углистый остаток при высокотемпературном (более 800…900˚С) разложении топлива без доступа воздуха.

Углистый остаток или минеральный остаток является золой, т.е. несгораемой примесью, повышающей нагарообразование. Кроме этого, зола попадая в моторное масло вызывает ускоренный износ деталей ДВС. Поэтому количество золы ограничивается нормой не более 0,01%. Таким образом, причиной образования углистого остатка являются следующие факторы:

недостаточная глубина очистки топлива от смолисто-асфальтеновых соединений;

повышенная вязкость дизельного топлива;

тяжелый фракционный состав топлива.

Также склонность ДТ к нагару характеризуется содержанием в нем фактических смол, т.е. примесей, остающихся после очистки базовых дистилляторов. Фактические смолы вызывают осмоление топлива, из-за наличия в топливе непредельных углеводородов, о количестве которых судят по йодному числу.

Йодное число – это показатель непредельных углеводородов (олефинов) в дизельном топливе, численно равный количеству граммов йода, присоединившихся к непредельным углеводородам, которые содержатся в 100г топлива.

Обычно, непредельные углеводороды (олефины) вступают в реакцию соединения с йодом. То есть, чем больше в топливе непредельных углеводородов, тем больше йода вступает в реакцию. Нормальным считается такое количество непредельных углеводородов, которые вступают в реакцию с йодом не превышающим более 6г йода на 100г зимнего или летнего дизельного топлива.

Чем больше в дизельном топливе фактических смол, тем выше склонность его к нагарообразованию. Поэтому содержание фактических смол не должно превышать:

для зимних ДТ – 30мг на 100мл;

для летних ДТ – 60мг на 100мл.

Содержание фактических смол нормируется йодным числом.

Склонность ДТ к лакообразованию оценивается по содержанию лака в мг на 100мл топлива. Для этого топливо испаряют в специальном лакообразователе при температуре 250˚С.

Выводы:

При работе дизельного двигателя на сернистом топливе образуются прочные трудноудаляемые нагар и лаковые отложения, что вызывает износ деталей двигателя, когда он работает на пониженной температуре.

Коксуемость топлива также приводит к образованию нагара и лакообразованию, в результате чего может произойти заклинивание поршневых колец.

Из-за наличия в топливе частиц меркаптовой серы при окислении топлива образуются смолы, которые в сочетании со смолами, образующимися из олефинов и еще фактическими смолами, которые есть в ДТ, на зоморных иглах форсунок осаждаются лаковые пленки, что со временем вызывает зависание игл внутри форсунок.

Многофункциональные присадки и их влияние на свойства дизельных топлив.

Улучшение свойств ДТ достигается путем введения в их состав многофункциональных присадок, таких как:

Депрессорные;

Повышающие цетановое число;

Антиокислительные;

Моюще-дисперсирующие;

Снижающие дымность отработанных газов и др.

Антидымные присадки