Сгорание смеси и оценка самовоспламеняемости дизельных топлив

Дизельные топлива

Эксплуатационные требования к качеству дизельных топлив

Дизельное топливо – это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурами кипения в пределах от 200 до 350 ⁰С.

Рабочий процесс в дизельных двигателях принципиально иной чем в карбюраторных. В воздух сжатый в цилиндре до 3 – 7 МПа и нагретый за счёт высокого давления до 500 – 800 ⁰С, под высоким давлением (до 150 МПа) через форсунку впрыскивается топливо. Сложные процессы смесеобразования и сгорания осуществляются за очень небольшой промежуток времени, соответствующий 20 – 25⁰ поворота коленчатого вала (в 10 – 15 раз меньше чем в карбюраторных двигателях).

Для обеспечения в быстроходных дизельных двигателях полного и качественного сгорания топлива к нему предъявляются следующие эксплуатационные требования:

- хорошая прокачиваемость;

- обеспечение тонкого распыла и хорошее смесеобразование;

- уменьшение нагарообразования;

- отсутствие коррозионного воздействия на элементы топливоподающей системы и детали двигателя;

- химическая стабильность.

Сгорание смеси и оценка самовоспламеняемости дизельных топлив

Рассмотрим индикаторную диаграмму дизельного двигателя (рисунок 2.1).

- мягкая работа;

- жесткая работа

Рисунок 2.1 – Развёрнутая индикаторная диаграмма дизельного двигателя

На диаграмме можно выделить следующие периоды и характерные точки:

- точка 1 – впрыск топлива;

- точка 2 – начало горения;

- 1 – 2 – период задержки воспламенения;

- 2 – 3 – период быстрого горения;

- 3 – 4 – период замедленного горения;

- после точки 4 – линия расширения.

Для процесса сгорания смеси в дизельных двигателях характерно образование во внешней оболочке струи впрыскиваемого топлива объёмных очагов пламени, количество которых определяется интенсивностью протекания предпламенных реакций и величиной периода задержки воспламенения. Если он небольшой, то процесс сгорания протекает благоприятнее, облегчается пуск, обеспечивается мягкая и устойчивая работа двигателя.

Минимальный период задержки воспламенения характерен для топлива с большим количеством легкоокисляющихся углеводородов (парафиновые углеводороды нормального строения).

Жесткая работа двигателя наблюдается при работе на топливе, содержащем трудно окисляющиеся парафиновые углеводороды изомерного строения и ароматики (в бензинах они необходимы). При этом период задержки воспламенения увеличивается.

Жесткость работы двигателя оценивается по величине нарастания давления на 1⁰ поворота коленчатого вала. Двигатель работает мягко при нарастании давления до 0,25 – 0,5 МПа на 1⁰ поворота коленчатого вала, очень жёстко (быстрый выход из строя) при нарастании давления более 0,9 МПа.

Склонность дизельного топлива к самовоспламенению и возникновению жёсткой работы оценивают по цетановому числу. Цетановое число (ЦЧ) – это показатель воспламеняемости дизельного топлива; численно равный объёмному проценту цетана в эталонной смеси, состоящей из цетана (ЦЧ = 100) и a - метилнафталина (ЦЧ = 0), которая в условиях испытания равноценна по воспламеняемости испытуемому топливу.

Для определения самовоспламеняемости дизельного топлива необходимо подобрать такой состав эталонной смеси, при котором бы испытуемое топливо и смесь в стандартных условиях имели одинаковый период задержки самовоспламенения.

Для современных быстроходных дизелей применяют топлива с цетановыми числами 45 – 50. Применение топлив с цетановым числом менее 40 может привести к жесткой работе дизельного двигателя.

Повышение цетанового числа выше 50 нецелесообразно, так как из – за очень малого периода задержки самовоспламенения топливо не успевает распространиться по всей камере сгорания, воспламеняясь и сгорая вблизи форсунки. Поскольку наиболее удалённые от неё порции воздуха не в полной мере участвуют в процессе горения, экономичность двигателя снижается и при этом наблюдается дымление.

Цетановые числа топлив могут быть повышены двумя способами: регулированием углеводородного состава или введением специальных присадок.