Основные характеристики дизельного топлива с улучшенными

экологическими свойствами (городского)

Показатели	Нормы для марок
ДЭК-Л	ДЭК-З	ДЭКп-Л	ДЭКп-З, минус 15⁰С	ДЭКп-З, минус 20⁰С

Цетановое число, не менее
Фракционный состав: перегоняется при температуре,⁰С, не выше:
50 %
96 % (конец перегонки)
Кинематическая вязкость при 20 ⁰С, мм²/с	3,0-6,0	1,8-5,0	3,0-6,0	1,8-6,0	1,8-6,0
Температура, ⁰С, не выше:
застывания	-10	-35	-10	-25	-35
предельной фильтруемости	-5	-25	-5	-15	-25
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, ⁰С, не ниже:
для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин
для дизелей общего назначения
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
вида II	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10

Окончание таблицы 2.6


Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
Кислотность, мг КОН/100 см³ топлива, не более	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Йодное число, г I₂/100 г топлива, не более	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Коэффициент фильтруемости (до введения присадки в топливо), не более
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
Плотность при 20 ⁰С, кг/м³, не более
Примечание. Для дизельных топлив всех марок: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды – отсутствует; испытание на медной пластинке – выдерживают.

Для районов с умеренным климатом изготовляют 6 марок дизельного топлива: А, В, С, D, E, и F с предельной температурой фильтруемости плюс 5,0, минус 5, минус 10, минус 15 и минус 20 ⁰С соответственно.

Для районов с холодным климатом предусмотрен выпуск пяти классов дизельного топлива со следующими низкотемпературными свойствами:

Класс …………………………………………………… 0 1 2 3 4

Температура помутнения, ⁰С, не выше ………………. –10 -16 -22 -28 -34

Предельная температура фильтруемости, ⁰С, не выше -20 -26 -32 -38 -44

В 1996 г. в Европе введены ограничения на содержание серы в дизельных топливах – не более 0,05 %. Таким требованиям отвечают отечественные дизельные топлива по ТУ 38.1011348-89.

2.2. Основные эксплуатационные свойства дизельных топлив

Наибольшее влияние на полноту и качество сгорания, а, следовательно, на эффективность и надежность использования образцов военной техники оказывают следующие эксплуатационные свойства дизельных топлив: прокачиваемость, испаряемость, воспламеняемость, горючесть и совместимость с конструкционными материалами.

Прокачиваемость ─ эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результат процесса прокачки топлива по трубопроводам и топливным системам.

Прокачиваемость дизельных топлив характеризуется такими показателями качества, как вязкость, коэффициент фильтруемости, содержание механических примесей и воды, температуры помутнения и застывания.

Коэффициент фильтруемости позволяет определять изменение пропускной способности фильтра при последовательном пропускании через него определенного количества топлива. Величина коэффициента фильтруемости зависит от содержания механических примесей, воды, натриевых мыл нафтеновых кислот и смолистых продуктов окисления.

Норма на коэффициент фильтруемости дизельного топлива позволяет ограничить содержание всех загрязнений и поверхностно-активных веществ, вызывающих закупорку пор фильтров и мешающих работе топливной аппаратуры дизеля.

Вязкость. В современных дизелях топливо к форсункам подают и дозируют насосы плунжерного типа. Гильза и плунжер являются прецизионной парой с диаметральным зазором 0,002...0,003 мм. Вязкость топлив должна быть такой, чтобы обеспечить минимальное подтекание топлива через зазоры и смазку прецизионных пар топливного насоса. Это ограничивает минимально допустимый уровень вязкости топлив.

Топлива с высоким уровнем вязкости обычно имеют плохие низкотемпературные свойства, и их применение при отрицательных температурах вызывает осложнения при подаче топлива в двигатель.

Кроме того, вязкость влияет на распыливание топлива в камере сгорания (рис. 2.6).

а б

Рис. 2.6. Схема факела распыливания топлива:

а - при повышенной вязкости топлива; б - при малой вязкости топлива

О качестве распыливания принято судить по среднему диаметру образующихся капель. При повышении вязкости топлива качество распыливания его ухудшается, но увеличивается глубина проникновения капель в среду сжатого воздуха. Если вязкость сильно возрастет, то для обеспечения поршневого распыливания необходимо увеличивать давление впрыскивания. Считается, что изменение вязкости в пределах от 3 до 8 мм²/с не требует регулирования топливного насоса.

С точки зрения улучшения прокачиваемости и распыливания желательно было бы использовать топливо пониженной вязкости. Однако понижение вязкости ведет к понижению коэффициента подачи топлива в камеру сгорания, и как следствие - к падению мощности.

Коэффициент подачи топлива определяется из соотношения

, (2.1)

где К _n ─ коэффициент подачи;

V_n ─ объем фактически поданного топлива;

V_н ─ объем нагнетательной полости насоса.

С увеличением вязкости топлива коэффициент подачи возрастает (рис. 2.7).

Из сказанного следует, что для быстроходных дизелей топливо должно обладать определенной (оптимальной) вязкостью, которая лежит в пределах от 1,5 до 6,0 мм²/с в зависимости от марки.

К_n

0,70

0,65 2

0,60

0,55

0,50

0,45

2 4 6 8 10 12 14

Вязкость топлива, мм²/с

Рис. 2.7. Зависимость коэффициента подачи топливного насоса К_n

от вязкости топлива n: 1 – при n = 100 мин^-1; 2 – при n = 1400 мин^-1

Содержание механических примесей и воды. Топливная аппаратура современных дизелей предъявляет высокие требования к чистоте применяемых топлив. В них не должно содержаться механических примесей и воды.

Наличие в дизельных топливах механических примесей ведет не только к забиванию топливных фильтров, но и к форсированному износу топливного насоса, засорению форсунок.

Наличие воды в дизельном топливе может являться причиной затруднений при пуске, нарушений подачи в цилиндры и т.п. В холодное время года в результате замерзания находящейся в топливе воды топливная аппаратура забивается кристаллами льда, что ведет к перебоям в работе или остановке двигателя. Кроме того, при работе на обводненном топливе может снижаться прочность фильтрующих перегородок фильтров, а также возникать коррозия деталей топливной аппаратуры.

Вода в топливе способствует также его микробиологическому заражению, а появившиеся в результате этого микроорганизмы вызывают биологическую коррозию металлов, разрушают защитные покрытия, ухудшают качество из-за частичного разложения.

Температура помутнения. При понижении температуры наружного воздуха может быть нарушена нормальная подача дизельного топлива по системе питания двигателя на участке бак-насос высокого давления. Такое нарушение и даже полное прекращение подачи неизбежно наступают вследствие кристаллизации высокоплавких углеводородов, в первую очередь нормальных парафинов.

При этом топливо не теряет текучесть, в то же время микрокристаллы проникают только через фильтр грубой очистки. Они, задерживаясь на фильтрующем элементе в фильтре тонкой очистки, образуют непроницаемую для топлива пленку высокоплавких углеводородов, в результате чего подача топлива прекращается. Чаще всего это проявляется при пуске и прогреве дизеля, так как в подкапотном пространстве на какой-то период еще сохраняется низкая температура.

Бесперебойная подача обеспечивается при температуре помутнения топлива не менее чем на 5 ⁰С ниже температуры окружающей среды.

Температура застывания ─ это наивысшая температура, при которой дизельное топливо в стандартном приборе, наклоненном под углом 45 ⁰С, в течение 1 мин. остается неподвижным. Перемешивая застывшее топливо, можно разрушить кристаллическую структуру. Однако текучесть восстанавливается только на короткое время, после чего топливо вновь застывает. Нормальная работа дизеля возможна в условиях, когда температура застывания будет не менее чем на 15 ⁰С ниже температуры окружающей среды.

Испаряемость. Испарение топлива в дизелях начинается сразу после его впрыска в камеру сгорания и продолжается до сгорания последних порций топлива. Весь процесс испарения топлива и образование рабочей смеси происходит непосредственно в цилиндре двигателя за очень короткий промежуток времени (тысячные доли секунды). На приготовление рабочей смеси в дизеле отводится в 10 раз меньше времени, чем в бензиновом двигателе.

Испаряемость характеризуется таким основным показателем качества, как температурная характеристика фракционного состава, в частности температурами выкипания 50 и 96 % фракций.

Испаряемость оказывает влияние на легкость и продолжительность запуска холодного двигателя, на скорость и теплоту сгорания топлива в цилиндре дизеля и, в конечном счете, на эффективность рабочего процесса.

Облегчение фракционного состава может приводить к образованию паровых пробок в системе питания, жесткой работе двигателя, затруднению пуска и прогрева из-за увеличения теплоты испарения топливовоздушной смеси и снижения температуры в камере сгорания, возрастанию периода задержки воспламенения. В то же время для производства топлив, состоящих примерно из 40 % бензиновых фракций и 60 % стандартного дизельного топлива, требуются меньшие объемы процессов гидроочистки и депарафинизации, чем при производстве обычного дизельного топлива с таким же содержанием серы и с той же температурой застывания. Себестоимость такого топлива ниже себестоимости бензинов на 20…25 % и ниже себестоимости гидроочищенного дизельного топлива на 15…20 %.

Утяжеление фракционного состава топлива приведет к неполному его испарению в процессе смесеобразования, в результате чего запуск холодного двигателя, особенно при отрицательных температурах, затрудняется. Даже прогретый быстроходный двигатель при работе на тяжелом топливе не развивает максимальную мощность и дымит из-за неполного сгорания топлива.

Не воспламенившиеся тяжелые фракции топлива стекают по стенкам цилиндра и смывают масло, увеличивают износ деталей цилиндра поршневой группы и вызывают разжижение масла в картере двигателя.

Процессы испарения и смесеобразования в дизеле, кроме температурного предела фракционного состава, зависят от таких свойств топлива, как вязкость, плотность, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение, скрытая теплота испарения, теплоемкость, коэффициент диффузии.

Воспламеняемость и горючесть. Воспламеняемость и горючесть дизельных топлив характеризуются воспламеняемостью при адиабатическом сжатии воздуха в двигателе и протеканием процесса сгорания после воспламенения.

Одним из показателей, характеризующих воспламеняемость дизельных топлив, является температура вспышки ─ самая низкая температура топлива (в стандартных условиях), при которой над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для дальнейшего горения.

Температуру вспышки нормируют для ограничения количества фракций в дизельном топливе с более высоким давлением насыщенных паров. Этот показатель служит главным образом для оценки пожаровзрывоопасности, что необходимо для правильной организации хранения дизельных топлив.

Согласно ГОСТ 305-82 предусматривается выпуск топлив с температурой вспышки не ниже 40 ⁰С ─ для дизелей общего назначения и не ниже 62 ⁰С ─ для тепловозных и судовых дизелей.

Основным показателем, характеризующим воспламеняемость и эффективность сгорания дизельного топлива в двигателе, является цетановое число ─ условная величина, численно равная процентному (по объему) содержанию цетана (н-гексадекана) в смеси его с альфа-метил-нафталином, которая по самовоспламеняемости эквивалентна испытуемому топливу в стандартных условиях испытаний.

Цетановое число определяет запуск двигателя, жесткость рабочего процесса (скорость нарастания давления), расход топлива и дымность отработавших газов. Чем выше цетановое число топлива, тем ниже скорость нарастания давления (рис. 2.8) и тем менее жестко работает дизель.

Однако с повышением цетанового числа сверх оптимального, ухудшается экономичность дизеля в среднем на 0,2…0,3 % и повышается дымность отработавших газов, на единицу цетанового числа повышается на 1,0…1,5 единицы картриджа.

Dр, усл.ед.

20 30 40 50 60 ЦЧ

Рис. 2.8. Зависимость скорости нарастания давления Dр

в дизеле от цетанового числа (ЦЧ)

Цетановое число топлив зависит от их углеводородного состава. Наиболее высокими цетановыми числами обладают нормальные парафиновые углеводороды, а самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов. Остальные углеводороды занимают промежуточное состояние.

Цетановое число дизельных топлив, выпускаемых отечественной промышленностью, установлено не ниже 45. Применение топлив с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе дизеля, а более 50 ─ к увеличению удельного расхода топлива вследствие уменьшения полноты сгорания.

Совместимость с конструкционными материалами. Для обеспечения длительной надежной эксплуатации двигателей дизельные топлива не должны химически взаимодействовать с деталями топливной аппаратуры и уплотнительно-прокладочными материалами.

Коррозионная активность дизельных топлив зависит главным образом от содержания и строения углеродсодержащих примесей. Общее содержание таких примесей, влияющих на коррозионную агрессивность (кислородные и сероорганические соединения), в дизельных топливах в 3…5 раз больше, чем в автомобильных бензинах.

Среди кислородных соединений преобладают органические (нафтеновые) кислоты и другие кислородсодержащие вещества, попадающие в топливо из нефти в процессе прямой перегонки и образующиеся в процессе хранения. Однако следует иметь в виду, что скорость образования органических кислот без доступа свежего воздуха в условиях температур до 50 ⁰С невелика, и при соблюдении правил хранения содержание органических кислот в дизельном топливе не превышает допустимых значений в течение всего установленного срока хранения.

Коррозионное действие серы и сернистых соединений проявляется в жидких и газообразных продуктах сгорания.

В жидкой фазе наиболее агрессивны сероводород, сера и меркаптаны. Сероводород коррозирует цинк, железо, медь, латунь и алюминий, однако, современные технологические процессы обеспечивают полное удаление сероводорода из дизельного топлива. Сера, если она имеется в свободном состоянии в топливе, почти мгновенно взаимодействует с медью и ее сплавами, образуя сульфиды, вследствие чего наряду с коррозией металла, приводящей к потере его массы, наблюдается образование отложений на металле. Меркаптаны вызывают износ топливной аппаратуры, причем в присутствии воды коррозионное действие усиливается.

Коррозионная активность сернистых соединений в продуктах сгорания проявляется за счет кислотной и газовой коррозии. При сгорании сернистые соединения образуют оксиды SO₂ и SO₃. При высокой температуре SO₂ и SO₃ взаимодействуют с металлом в газообразном состоянии, а при понижении температуры ─ за счет взаимодействия с парами и каплями воды в виде Н₂SO₃ и Н₂SO₄ вызывают кислотную коррозию.

Совместимость с материалами оценивается следующими показателями качества:

массовой долей серы;

содержанием сероводорода;

содержанием водорастворимых кислот и щелочей;

кислотностью;

испытанием на медной пластинке.