Файл: Гуреев, А. А. Автомобильные эксплуатационные материалы учебник.pdf

тана в такой смеси принимают за цетановое число испытуемого топ­

лива.

Например, если испытуемое топливо в камере сгорания одно­ цилиндрового двигателя воспламеняется так же, как смесь 45% це­ тана и 55% а-метилнафталина, то данное дизельное топливо имеет цетановое число 45.

Величина цетанового числа топлива определяет скорость химиче­ ских процессов подготовки смеси к воспламенению и поэтому харак­

122

лив легла в основу создания эмпи­ рической формулы для оценки воспламеняемости топлив расчетным пу­

тем. Введено понятие «дизельный индекс», который рассчитывается по известной плотности топлива при 15° (р*6) и анилиновой точке в сС(А).

(Л-1,8 + 32) (141,5-131,5pj6)

Д и з . ИНД. =

100 р16

Анилиновой точкой называют ту наименьшую температуру, при которой определенное количество анилина полностью растворяется в определенном количестве топлива. Чем ниже содержание аромати­ ческих углеводородов в топливе, тем выше его анилиновая точка. Например, анилиновая точка цетана равна плюс 94,4° С, а-метил- нафталина минус 17,8° С. Плотность топлива в этой формуле характе­ ризует его фракционный состав, а также содержание ароматических углеводородов, плотность которых выше, чем плотность парафиновых

123

ЦЧ = 6 0 - — .

2

Чем выше октановое число топлива, тем ниже его цетановое число и наоборот. Поэтому добавление в дизельное топливо бензиновых фракций всегда ведет к снижению цетанового числа.

Для повышения цетанового числа дизельных топлив могут исполь­

перекисные соединения и алкилнитраты (соединения, отвечающие общей формуле R — 0N 02, где R — радикал, например этил, изо­ пропил, амил и т. д.).

Перекисные соединения обычно при хранении топлив подвер­ гаются дальнейшему окислению, и их эффективность падает, поэтому практического применения они не получили. В качестве присадки к дизельным топливам в небольших количествах применяют изопропилнитрат.

Величина цетанового числа определяет пусковые свойства дизель­ ных топлив. С увеличением цетанового числа применяемого топлива пуск двигателя облегчается (рис. 52). Однако это положение справед­ ливо для топлив, лишь незначительно различающихся по фракцион­ ному составу. При большой разнице во фракционном составе тяжелое топливо с высоким цетановым числом часто оказывается хуже по пу­ сковым свойствам, чем легкое топливо с более низким цетановым чис­

ленчатого вала при пуске лежит в пределах 30—50 об/мин, то для дизельного двигателя она должна быть не менее 100—300 об/мин, так

124

Рис. 52. Влияние цетанового числа зим­ него дизельного топлива на продолжи­ тельность пуска двигателя ЯАЗ-204 (температура воздуха минус 15—17° С); сплошная линия — пуск двигателя;

штриховая линия — первая вспышка

Рис. 53. Влияние температуры выкипа­ ния 50% дизельного топлива на про­ должительность пуска (цифры под точ­ ками — цетановые числа)

как только при этом условии может быть достигнута температура са­ мовоспламенения топлива.

Для того чтобы обеспечить столь высокую скорость вращения ко­ ленчатого вала, дизельные двигатели, как правило, пускают с помо­ щью различных вспомогательных пусковых устройств или средств (сжатый воздух, бензиновые пусковые двигатели, пусковые жидко­ сти, подогреватели, стартеры и т. д.).

Рассмотренный материал показывает, что в высокооборотных ав­ томобильных дизельных двигателях следует применять топливо с це­ тановыми числами от 45 до 50 ед. Повышение цетанового числа топлива ведет лишь к его удорожанию, не вызывая каких-либо существенных улучшений эксплуатационных свойств.

§ 4. СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ В ДВИГАТЕЛЯХ

При сгорании топлив в дизельных двигателях на стенках камеры сгорания и выпускных клапанах отлагается нагар. Нежелательные последствия отложения нагара в дизельных двигателях несколько иные, чем в карбюраторных. Теплоизолирующее действие нагара и его объемное влияние на степень сжатия для дизельного двигателя не имеют такого решающего значения, как для карбюраторного.

Отложение нагара на выпускных клапанах дизельного двигателя ведет к нарушению их посадки и потере герметичности. Обрастание нагаром продувочных окон ухудшает продувку цилиндров.

Основные же отрицательные явления в дизельных двигателях связаны с образованием отложений на форсунках. Наличие нагара на распылителях приводит к искривлению факела, ухудшению ка­ чества распыливания, появлению дымного выпуска отработавших газов, снижению экономичности двигателя. Образование отложений на иглах распылителей форсунок приводит к их зависанию, т. е. та­ кому положению, когда игла перестает плотно садиться в свое гнез­ до и не перекрывает канала распылителя форсунки. В этом случае

125

начинается подтекание топлива, падает мощность и экономичность двигателя, появляется дымный выпуск отработавших газов.

Отложения на различных деталях камер сгорания отличаются по своему характеру. На днищах поршней и стенках головки цилинд­ ров нагар более плотный, довольно твердый, темно-серого цвета, не­ растворимый в различных растворителях. На иглах форсунок нагар обычно более мягкий, смолистый, соломенного цвета. Иногда отложе­ ния на иглах форсунок носят характер лака, по внешнему виду по­ хожего на лак, отлагающийся на боковых поверхностях поршней.

Нагарообразование в дизельных двигателях протекает неравно­ мерно по времени. В первые часы работы двигателя этот процесс идет более интенсивно (рис. 54), затем несколько замедляется, достигая равновесного состояния (количество образующегося нагара пример­ но равно количеству выгорающего нагара). С увеличением степени сжатия двигателя количество образующегося нагара несколько воз­ растает (рис. 55).

Нагарообразование, кроме конструктивных факторов и режима работы двигателя, зависит от качества применяемых топлив. Среди прочих физико-химических свойств на образование отложений влияют: фракционный состав, общее содержание сернистых соединений, со­ держание меркаптановой серы, количество и строение непредельных и ароматических углеводородов, количество и характер смолистых, неуглеводородных примесей.

Более тяжелые дизельные топлива образуют большее количество нагара. Так, если облегченные дизельные топлива типа керосинов (выкипающие в пределах от 13 ! до 280° С) в определенных условиях дают 100—140 мг нагара на 1 кг топлива, то в этих же условиях то­ варные дизельные топлива (выкипающие в пределах от 160 до 360° С) образуют нагара 245—265 мг/кг, а топлива утяжеленного фракцион­ ного состава (выкипающие до 400—420° С) — до 360 мг/кг.

В технических требованиях на автомобильные дизельные топлива регламентируется температура перегонки 96% топлива, которая не должна быть выше 360° С.

Чем выше содержание серы в топливе, тем большее количество нагара и лака образуется при его сгорании (табл. 34). Сера, содер-

126

• Нагары сняты с верхнего пояса гильзы цилиндров.

жащаяся в топливе, влияет не только на количество образующегося нагара, но и на его свойства. Сернистые соединения, накапливаясь в нагаре, повышают его плотность.

Влияние серы на нагарообразование является одной из причин ог­ раничения ее содержания в товарных дизельных топливах. Снижение содержания серы в топливах достигается путем гидроочистки. При

Среди сернистых соединений, содержащихся в дизельных топливах, наибольшее влияние на нагарообразование оказывают меркаптаны. В присутствии меркаптанов ускоряется окисление нестабильных сое­ динений дизельного топлива и тем самым увеличивается скорость об­ разования отложений. В частности, удаление меркаптанов из серни­ стого дизельного топлива приводит к тому, что в 2—5 раз уменьшается толщина лаковых пленок на иглах, а температура начала осмоления игл распылителей форсунок повышается на 25—30° С. Это является одной из причин ограничения содержания меркаптановой серы в то­ варных дизельных топливах величиной не более 0,01%.

Среди углеводородов, содержащихся в дизельных топливах, на­ ибольшее влияние на процесс нагарообразования оказывают арома­ тические и непредельные. Влияние ароматических углеводородов на нагарообразование можно видеть на примере смесей индивидуаль­ ных углеводородов — цетана и а-метилнафталина.

127