Свойства дизельного топлива (ГОСТ 52368-2005)

 

Для обеспечения долговечной и экономичной работы дизеля топливо должно иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах, легко испаряться и самовоспламеняться, не содержать вредных примесей и обеспечивать мягкую работу двигателя.

                                   

Вязкость топлива ДТ.

Время на смесеобразование в дизеле примерно в 10 раз меньше, чем в карбюраторном двигателе, поэтому к вязкости и плотности топлива предъявляются повышенные требования. Вязкость ДТ зависит от температуры см. табл. 4.1.

 

Таблица 4.1. Зависимость вязкости ДТ от температуры.

Марка ДТ	Кинематическая вязкость ДТ, в сСт при различных температурах, 0С
	–20	0	20
Летнее	51,0	13,0	6,4
Зимнее	21,0	8,4	4,3
Арктическое	–	–	2,5

 

 Из табл. 4.1. видно, что при понижении температуры вязкость ДТ значительно увеличивается.

При повышении вязкости и плотности ДТ ухудшается структура распыляемого топлива (капли топлива имеют больший диаметр). Это приводит к:

-ухудшению прокачиваемости топлива через фильтры;

-повышению дальнобойности струи топлива, что может привести в конце такта впрыска  к смыву смазки со стенок цилиндра и попаданию топлива в картер двигателя;

-появлению дымного выхлопа из-за термического крекинга топлива (для уменьшения вредных выбросов к ДТ добавляют антидымные присадки).

Снижение вязкости ДТ тоже приводит к ухудшению процесса смесеобразования из-за чрезмерного уменьшения диаметра капель. Это приводит к:

-быстрому затуханию скорости капель, что приводит к замедлению испарения топлива (капли не успевают проникнуть в области камеры сгорания, где достаточно воздуха, поэтому распределение паров ДТ по объему камеры становится неравномерным);

-ухудшению смазки топливной аппаратуры;

-нарушению дозировки цикловой подачи из-за большего просачивания топлива через зазоры в топливной аппаратуре.

Размер капель в струе топлива в различные фазы впрыска не одинаков. Из-за меньших давлений в начальный и конечный периоды могут образовываться капли большого размера до 200 мкм (обычный диаметр 10 – 30 мкм).

                              Фракционный состав ДТ.

Это свойство ДТ оказывает сильное влияние на испаряемость, смоло и нагарообразование, ресурс двигателя, экономичность,  токсичность ОГ и др. Фракционный состав определяют путем перегонки 100 мл. топлива. По ГОСТ 305-82 нормируются температуры:

tнк = 180 – 240 ⁰С – начало кипения топлива;

t50 = 250 – 280 ⁰С – выкипание 50% топлива;

t96 = 320 – 360 ⁰С – выкипание 96% топлива.

 

По ГОСТ Р 52368-2005

15. Фракционный состав:
при температуре 250 0С, % (по объему), менее	65
при температуре 350 0С, % (по объему), не менее	85
95% (по объему) перегоняется при температуре, 0С, не выше	360

 

Такой фракционный состав обеспечивает необходимую воспламеняемость и исключает образование паровых пробок в системе топливоподачи низкого давления.

В отличие от бензинов фракционный состав дизельных топлив регламентируется лишь температурами выкипания 50 и 96% топлива. Это объясняется тем, что между температурой выкипания 10 % дизельного топлива и работой дизелей однозначной связи не установлено. При повышении температуры выкипания 10 % топлива, т.е. утяжелении топлива, увеличивается его расход и дымность отработавших газов. При облегчении топлива ухудшается пуск дизелей, так как легкие фракции имеют худшую по сравнению с тяжелыми фракциями самовоспламеняемость.

Поэтому пусковые свойства дизельных топлив для автомобилей в некоторой степени определяют температуру выкипания 50 % топлива. Температура выкипания 96% топлива регламентирует содержание в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение которых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повышает нагарообразование и дымность отработавших газов.

Для высокооборотных дизелей применяются топлива с большим содержанием легких фракций, т.к. уменьшается время смесеобразования. Однако чрезмерное облегчение ДТ ведет к повышению жесткости работы двигателя, т.к. возрастает период задержки самовоспламенения из-за снижения температуры при интенсивном испарении легких фракций во время первой фазы.

Утяжеление фракционного состава приводит к дымлению двигателя из-за большей неоднородности рабочей смеси, топливо хуже испаряется и сгорает не полностью. Чем тяжелее фракционный состав, тем больше необходимо воздуха, больший расход топлива, затруднен также запуск двигателя.

Летнее ДТ перегоняется до температуры кипения 360 ⁰С, а зимнее 300 – 320 ⁰С все остальное уходит в мазут, что не выгодно производителю.

По ГОСТ для ДТ определяют также температуру вспышки (tвсп), под которой понимается минимальная температура необходимая для нагрева топлива, чтобы его пары вспыхнули при воздействии открытого пламени. Она должна быть выше 55⁰ С при испытании в закрытом тигле..

 По температуре вспышки оценивают огнеопасность ГСМ, по ней можно судить и об однородности состава топлива. Изменение tвсп укажет на попадание в топливо других веществ.

 

                            Испаряемость ДТ

Скорость и полнота испарения топлива зависят от температуры и давления в камере сгорания, вихревого движения воздуха, качества распыливания (диаметр капель) и испаряемости топлива.

Испаряемость ДТ оценивается по результатам фракционной перегонки: чем ниже температура кипения фракции, тем выше давление насыщенных паров.

Для облегчения пуска двигателя желателен облегченный фракционный состав, т.к. условия для смесеобразования в этом случае не благоприятны (малы температура и давление в цилиндре). Пусковые свойства ДТ оцениваются температурой выкипания 50% топлива (t50).

По ГОСТ определяют также температуры предельной фильтруемости и помутнения ДТ.

Температура помутнения – это температура, при которой ДТ теряет свою прозрачность из-за начавшегося процесса кристаллизации парафиновых углеводородов.  Она составляет,  в зависимости от сорта от –10⁰ С до –34 ⁰С для зимнего и арктического ДТ.  

Температура застывания – это температура, при которой ДТ в пробирке, наклоненной на 45⁰, в течение 1 мин не обнаруживает подвижности. Она составляет  –10 ⁰С для летнего и –35 ⁰С для зимнего ДТ. Хотя зимнее ДТ может прокачиваться и при более низких температурах из-за механического разрушения кристаллической решетки в топливной аппаратуре (ГОСТ 305-82)

Предельная температура фильтруемости ДТ определяет температурный порог работоспособности двигателя. Ниже этой температуры фильтры перестают работать. Для умеренного климата в зависимости от сорта от +5 до – 20⁰ С. Температура застывания ниже температуры предельной фильтруемости на 5 – 10 ⁰С.

Для улучшения низкотемпературных свойств в ДТ добавляют депрессорные присадки. Однако, введение этих присадок, требует четкого соблюдения определенной технологии. Так депрессорные присадки эффективны при их смешении с топливом при температуре выше, чем температура помутнения.

 

                       Самовоспламеняемость ДТ

 

 Свойство ДТ, характеризующее мягкую или жесткую работу дизеля, оценивают по самовоспламеняемости. Оценочным показателем служат температура самовоспламенения (tсв) и цетановое число (ЦЧ).

Температура самовоспламенения – это температура, при которой горючая смесь воспламеняется без постороннего источника пламени. Некоторые топлива имеют следующую tсв (табл. 4.2.).

 

Таблица 4.2. Температура самовоспламенения некоторых топлив.

Вид топлива	tсв, 0С
Бензин А-76 АИ-92	350 430
ДТ Летнее Зимнее Арктическое	310 240 230

 

ЦЧ – процентное содержание (по объему) цетана (С₁₆Н₃₄)  в смеси с альфаметилнафталином (С₁₀Н₇СН₃), равноценное по самовоспламеняемости испытуемому топливу.

Цетан – углеводород с малым периодом задержки самовоспламенения, ЦЧ принято за 100 ед. У α-метилнафталина с большим периодом задержки самовоспламенения ЦЧ принято за 0 ед.

Для легкого пуска и мягкой работы дизеля необходимо, чтобы топливо имело ЦЧ: летнее > 51  ед., зимнее 47 –  49 ед., арктическое не менее 47 ед.

Применение топлива с ЦЧ ≤40 ед. приводит к увеличению периода индукции, следовательно, к более жесткой работе двигателя, с ЦЧ ≥ 50 ед. ведет к снижению экономичности и дымлению (Из-за малого периода задержки самовоспламенения топливо не успевает распространиться по всему объему камеры сгорания, воспламеняясь вблизи форсунок. Воздух находящийся у стенок камеры сгорания не успевает вступить в реакцию).

Цетановый индекс ―расчетное цетановое число до добавки в топливо цетаноповышающей присадки. Поскольку присадки по-разному влияют на общий химический и физический состав топлива, то во избежание передозировки цетаноповышающей присадки, необходимо поддерживать минимальную разницу между цетановым числом и цетановым индексом.

Цетановый индекс фактический регламентирует качество топлива на промежуточном цикле производства.