Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

Г л а в а IV

ТОПЛИВА ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

§ 1. Общие положения и эксплуатационные требования

Дизельные двигатели очень широко распространены в народном хозяйстве, их устанавливают на тракторах, самоходных шасси, комбайнах, дорожных машинах, ши­ роко применяют в железнодорожном и водном транспор­ те, на мощных грузовых автомобилях, используют в различных стационарных и передвижных энергетичес­ ких установках и т.д. С каждым годом растет мощность дизельного парка, а следовательно, и потребление дизель­ ных топлив. Основное преимущество дизельных двигате­ лей — меньший удельный расход топлива, чем у карбю­ раторных: 170—195 г/л. с. ч. против 220—250 г/л. с. ч.

от нескольких л. с. до десятков тысяч. На тракторах сель­ скохозяйственного назначения установлены двигатели мощностью 20—100 л. с. Пока в небольших количествах используются мощные высокофорсированные тракторы К-700 (мощность 200 л. с.), Т-140 и Т-180 (мощность 140

и 180 л. с.) и др., но с каждым годом удельный вес мощных тракторов повышается.

В зависимости от средней скорости движения поршня двигатели делятся на быстроходные (частота вращения ко­ ленчатого вала больше 1000 об/мин, скорости поршня выше 6,5 м/с) и тихоходные с частотой вращения коленча­ того вала в минуту менее 700 и скоростью поршня ниже 6,5 м/с. Современные, а особенно перспективные, дизель­ ные двигатели являются форсированными по частоте вра­ щения и среднему эффективному давлению.

Распыл топлива в дизелях осуществляется сжатым воздухом (компрессорные) и форсункой, работающей под высоким давлением, создаваемым топливным насосом (бескомпресоорные). Транспортные двигатели только бескомпрессорные, стационарные бывают и те и другие.

112

Бескомпрессорные дизельные двигатели по смесеобра­ зованию и сгоранию топлива подразделяются на двигатели с непосредственным впрыском, в которых распыл и сгора­ ние происходят в одной камере, и с разделенными каме­ рами сгорания (предкамерные, вихрекамерные и др.), где распыл и основное сгорание топлива осуществляются в разделенных камерах. Более перспективны двигатели с непосредственным впрыском топлива.

Основная масса дизельных двигателей — четырех­ тактные, в них рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала, но есть и двух­ тактные, в которых рабочий цикл происходит за два хода поршня или один оборот коленчатого вала. Двухтакт­ ные двигатели имеют высокую литровую мощность, но более теплонапряжены, так как у них за единицу времени совершается в два раза больше рабочих ходов. В сельском хозяйстве наиболее распространены четырехтактные быст­ роходные дизели.

Ассортимент выпускаемых дизельных топлив очень ве­ лик: от легких маловязких, предназначенных для сжига­ ния в быстроходных двигателях, до тяжелых вязких про­ дуктов для тихоходных дизелей. По химическому составу дизельные топлива в основном состоят из парафиновых и нафтеновых углеводородов с небольшим количеством ароматических и непредельных соединений. В летних сор­ тах топлив больше парафиновых углеводородов, а в зим­ них — нафтеновых.

Условия работы быстроходных дизельных двигателей тяжелее, чем тихоходных, у них значительно выше ме­ ханические и тепловые нагрузки. Высокая экономич­ ность быстроходных двигателей достигается форсировкой и большой теплонапряженностыо, что значительно повы­ шает требования к качеству сжигаемого топлива. Быстро­ ходные двигатели, устанавливаемые на тракторах и ком­ байнах, наиболее распространены, поэтому в дальнейшем изложении основное внимание уделяется топливу для них.

Схема работы четырехтактного дизельного двигателя следующая: ход всасывания — поршень движется вниз, цилиндр двигателя заполняется свежим воздухом из окружающей атмосферы; ход сяштия — поршень от НМТ перемещается вверх и сяшмает свеяшй заряд воздуха, в результате сяштия давление повышается до 30—50 кгс/см2, а температура увеличивается до 600—700°, в конце хода

113

сжатия за 14—20° до подхода поршня к ВМТ начинается подача топлива, заканчивающаяся 6—10° после ВМТ. Топ­ ливо перемешивается с воздухом, испаряется, окисляется, воспламеняется и сгорает, химическая энергия топлива переходит в тепловую, а тепловая — в механическую работу, совершается рабочий ход поршня. Давление в ци­ линдре двигателя поднимается до максимального значения рг= 70—80 кгс/см2, а температура до 1700—1900°. Расши­ ряясь, продукты сгорания топлива давят на поршень, который из ВМТ перемещается вниз (рабочий ход). Послед­ ний, четвертый, ход поршня — выхлоп, когда поршень двигается вверх и выталкивает отработавшие газы через выхлопную систему в окружающую атмосферу.

Для обеспечения своевременного и полного сгорания топлива за тот ничтожно короткий промежуток времени, который отводится на процессы смесеобразования и сго­ рания в быстроходных дизельных двигателях, топливо должно удовлетворять следующим эксплуатационным тре­ бованиям.

1. Обладать хорошей прокачиваемостыо, чтобы обеспе­ чивать надежную работу топливного насоса высокого дав­ ления, а для этого иметь оптимальную вязкость, хорошие низкотемпературные свойства и не содержать механи­ ческих примесей и воды.

2.Обеспечивать необходимый распыл, хорошие смесе­ образование и испарение; для этого топливо должно иметь оптимальную вязкость и определенный фракционный состав.

3.Обладать необходимой воспламеняемостью, чтобы осуществлялся легкий пуск холодного двигателя, плавное

нарастание давления (мягкая работа) и полное бездымное сгорание. Эти свойства топлива зависят от его химическо­ го и фракционного состава и вязкости. Химический состав топлива оценивается цетановым числом, которое характе­ ризует воспламеняемость и является основным показа­ телем моторных свойств топлива.

4.Топливо должно иметь возможно более высокую теп­ лоту сгорания.

5.Не должно вызывать повышенного образования на­ гара и других отложений на клапанах, кольцах, поршнях, вызывать закоксовывание иглы распылителя. Склонность

кнагаро- и лакообразованию топлива зависит от его хи­ мического и фракционного состава, глубины очистки, вязкости, содержания механических примесей.

114

6. Не должно содержать коррозийно-активных продук­ тов, вызывающих коррозию резервуаров, тары, топливо­ проводов, топливоподающей аппаратуры, деталей двига­ теля. В топливе должно быть минимальное количество веществ, продукты сгорания которых вызывают коррозию деталей двигателя. Коррозийные свойства топлива зави­ сят от наличия в нем минеральных и органических кис­ лот, сернистых соединений и воды.

§ 2. Вязкость дизельных топлив

Как видно из рассмотрения эксплуатационных требо­ ваний, вязкость дизельных топлив оказывает большое влияние на качество образования и сгорания горючей смеси. Прежде чем рассматривать влияние вязкости на работу двигателя, остановимся на рассмотрении вязкости.

а) Единицы измерения вязкости. Под вязкостью жид­ кости понимается внутреннее трение между частицами, которое обусловливается силами молекулярного сцепле­ ния. Вязкость — понятие, обратное текучести. Вязкость— это сопротивление, которое оказывают частицы жидко­ сти их взаимному перемещению под действием внешней силы.

Различают вязкость абсолютную (динамическую, кине­ матическую) и условную.

Динамическая вязкость (ц) — коэффициент внутрен­ него трения. Сила внутреннего трения F между двумя слоями жидкости определяется по уравнению

ц — динамическая вязкость.

Единицей измерения динамической вязкости служит Пуаз (П) и сотая часть Пуаза сантиПуаз (сП). Пуаз чис­ ленно равен силе сопротивления F = 1 дине, возникающей при перемещении двух слоев жидкости А и В площадью

ма взаимного перемещения слоев жидкости показана на рисунке 28.

115

Рис. 28. Схема взаимного перемещения слоев жидкости:

а — состояние покоя; б — начало движения.

Размерность Пуаза легко определить из уравнения (27):

За единицу динамической вязкости в системе единиц СИ принята вязкость, при которой на слой жидкости пло­ щадью в 1 м2 действует сила в 1 Н при поперечном градиен-

_Н-с

сюда видно, что 1П =0,1 —5- . м2

Кинематическая вязкость (v) — удельный коэффициент внутреннего трения. Между кинематической и динами­ ческой вязкостями существует следующая зависимость:

т. е. кинематическая вязкость равна отношению динами­ ческой вязкости (т]) к плотности жидкости (р) при одина­ ковых температурах. Поскольку вязкость изменяется с колебанием температуры, обычно при символе, обозна­ чающем вязкость, указывают температуру, при которой она дается (тр-Vj). Единицей измерения кинематической вязкости служит Стокс (Ст) и сотая часть Стокса — (сСт)

сантиСтокс (вязкость дистиллированной воды при 20 2° равна 1 сСт). ’

U 6

Размерность Стокса можно получить из формулы (28): ■ г

По системе СИ размерность кинематической вязкости

Втаблице 11 приведены единицы измерения вязкости

иих размерности.

мерная, она показывает, во сколько раз вязкость нефте­ продукта при температуре измерения больше или меньше вязкости дистиллированной воды при 20°. Условную вяз­ кость выражают в градусах и обозначают °ВУ*. В ГОСТах на нефтепродукты условной вязкостью пользуются редко. Условную вязкость определяют по ГОСТ 6258—52.

Чаще употребляется кинематическая вязкость, кото­ рая нормируется в дизельных топливах, указывается во многих марках моторных и других масел. Динамическую вязкость определяют при плохой текучести нефтепродук­ та, когда его приходится продавливать через капилляр иод действием внешней силы. Для этого пользуются капилляр­ ными и ротационными вискозиметрами (ГОСТ 1929—51). Обычно этими вискозиметрами пользуются для опреде­ ления вязкости масел при отрицательных температурах.

117