Самовоспламенение и процесс сгорания

Наличие механических примесей и води в дизельном топ-

ливе. Дизельное топливо не должно содержать воды и механиче-

ских примесей. Однако при транспортировке, хранении и заправ-

ке возможно попадание в топливо пыли и влаги.

Наличие механических примесей в дизельном

топливе ведет к засорению топливных фильтров и сопел форсу-

нок, а также к форсированному износу топливной аппарату-

ры и особенно плунжерной пары тонливного насоса.

Вода, содержащаяся в дизельном топливе, разрушает фильт-

ровальные материалы топливной системы, а при замерзании

забивает их кристаллами льда, что затрудняет подачу топлива

в цилиндр. Кроме того, вода способствует коррозии, снижает

вязкость и ухудшает смазывающие свойства топлива.

Низкотемпературны* свойства топлива. При низких тем-

пературах происходит кристаллизация Н-парафиновых углеводо-

родов. Кристаллики сращиваются, образуя каркас, и дизельное

топливо превращается в кашеобразное вещество, теряя подвиж-

ность. Прокачка топлива по системе становится невозможной,

особенно забиваются фильтры тонкой очистки тошгива. Поскольку

дизельные двигатели не могут работать на летнем топливе (ДЛ)

при низких температурах, предусмотрен выпуск дизельных топ-

лив зимних (ДЗ) и арктических (ДА).

Для оценки низкотемпературных свойств топливо вводятся

понятия «температура помутнения» и «температура застыва-

ния» топлива.

Температура помутнения - температура, при которой ди-

зельное топливо теряет прозрачность в результате образования

кристаллов Н-парафияовых углеводородов или микрокристал-

лов льда. При этой температуре топливо не теряет текучести, но

микрокристаллы способны, оседая на поверхности фильтра тон-

кой очистки, образовывать непровгицаемую для топлива пара-

финовую пленку. В результате подача топлива прекращается.

Бесперебойная подача обеспечивается, если температура помут-

нения топлива на 3-.5 °С ниже температуры воздуха, при которой

эксплуатируется автомобиль.

Температура застывания - температура, при которой ди-

зельное топливо, находящееся в стандартной пробирке, наклонен-

ной под углом 45°, сохраняет неподвижность в течение 1 мин.

При этой температуре кристаллическая решетка Н-парафинов

достаточно обширная. Температура застывания дизельного топ-

Шва на 10...15 °С ниже температуры помутнения.

Вязкость топлива. Вязкость дизельного топлива существенно

влияет на дрокачивяемость и смесеобразование. Поэтому по ГОСТу

вязкость дизельного топлива должна составлять от 1,5 до 6,0 мм2/с

при температуре 20 °С (вязкость воды при этой температуре рав-

на 1 мм2/с). Следует отметить, *»го детали топливного насоса вы -

еокого давления смазываются дизельным топливом и снижение

•го вязкости ухудшает смазочные свойство, а также увеличивает

Возможность подтекания топлива в плунжерной паре и форсун-

ках. Это приводит к меньшей цикловой подаче, нагарообразованию

Ж перерасходу топлива. Слишком мелкое распыление топлива, обу-

словленное низкой его вязкостью, не позволяет смешиваться со всем

объемом воздухо, вследствие чего оно сгорает не полностью.

Увеличение вязкости также ухудшает процесс смесеобразо-

вания, поскольку в результате крупного распыления топлива

форсункой возрастает время его испарения и, как следствие,

оно также сгорает не полностью. Повышается дымность отрабо-

тавших газов и ухудшается экономичность двигателя.

Испаряемость дизельного топлива. Процесс испарения ди-

зельного топлива происходит при высоких температуре и давле-

нии, а также при интенсивных вихревых движениях воздуха,

характерных для внутренней полости камеры сгорания дизель-

ного двигателя в конце такта сжатия. Время, отводимое на смеши-

вание с воздухом, нагревание и испарение топлива в зависимости

от частоты вращения коленчатого вяла двигателя, составляет

0,5...50 микросекунд. Поэтому качество рабочей смеси опреде-

ляется не только конструкцией и состоянием топливной аппара-

туры дизеля, но и свойствами топлива. На распылртпие (первая

стадия смесеобразования) решающее влияние оказывает вязкость

топлива, а на испарение (вторая стадия) — его фракционный со-

став. Фракционный состав дизельных топлив определяется так

же, как и бензинов. Температура начала кипения отечественных

дизельных топлив t= 150... 180 °С, выкипания t10% > 200 °С;

t50% = 255...280 °С и конца перегонки t90% = 330...360 °С.

Топливо в камере сгорания дизеля воспламеняется не сразу

после впрыска, а испаряется, перемешивается с воздухом, окис-

ляется и накапливает активные центры для самовоспламения.

Процессу самовоспламенения топлива в дизеле предшеству-

ет период задержки х (индукционный период). Это время от на-

чала подачи топлива до его самовоспламенения, когда в топливе

происходят сложные химические процессы. Нагреваясь до тем-

пературы самовоспламенения, топливо воспламеняется.

Процесс сгорания делится на три периода: 1) задержка вос-

пламенения т (индукционный период); 2) период быстрого горе-

иия; 3) период замедленного горения.

Количество топлива, поступившего в камеру сгорапия к мо-

менту самовоспламенения, зависит от продолжительности подачи

его насосом. Продолжительность же задержки самовоспламене-

ния обусловливается качеством дизельного топлива и темпера-

турой газов в камере сгорания.

Увеличение периода задержки самовоспламенения приводит

к накоплению топлива, которое успевает поступить в камеру

сгорания до начала самовоспламенения. В результате этого вос-

пламеняется и горит большое количество поступившего топлива,

выделяется много теплоты, температура и давление быстро воз-

растают и работа дизеля становится жесткой. Топливо с малым

периодом задержки самовоспламенения обеспечивает плавное

нарастание давления и мягкую работу двигателя.

Следовательно, для дизелей желательно применять топливо

с низкой температурой самовоспламенения. Такое топливо должно

содержать алкановые углеводороды (парафины) с цепным строе-

нием молекул.

Цетановое число дизельного топлива определяют на установке

типа ИТ9-ЗМ, основным агрегатом которой является одноцилин-

дровый двигатель с переменной степенью сжатия (е = 7...23),

сравнивая испытываемое топливо с эталонным по методу совпаде-

ния вспышек. На данной установке угол опережения впрыски-

вания топлива равен 13°. Изменяя степень сжатия, добиваются

воспламенения испытываемого топлива в ВМТ (период задержки

равен 13°), а затем подбирают эталонную смесь, состоящую из

цетана и а-метилнафталина с таким же пе-

риодом задержки воспламенения. Цетан имеет малый период за-

держки самовоспламенения и его воспламеняемость принята за

100 единиц, а а-метилнафталин имеет большой период задерж-

ки и его воспламеняемость принята за 0.

Цетановым числом дизельного топлива называют процентное

(по объему) содержание цетана в такой смеси его с а-метилнафта-

лином, которая по самовоспламенению эквивалентна топливу,

нспытываемому в стандартных условиях. Например, если цета-

вовое число дизельного топлива равно 45, то по периоду задержки

самовоспламенения оно равноценно смеси, состоящей из 45 %

(по объему) цетана и 65 % а-метилнафталина.

Для современных дизельных двигателей применяют топливо

с цетановым числом 45...50. Иностранные марки дизельных то-

олив имеют аналогичные значения ЦЧ. Использование топлива

с меньшим ЦЧ ухудшает пусковые свойства и работу дизельного

двигателя. Для предотвращения жесткой работы можно умень-

шить угол опережения впрыскивания топлива, но при этом ухуд-

шается экономичность двигателя и наблюдается дымление.

Повышают ЦЧ путем добавления присадок. В качестве при-

садки используют иэопропилнитрат, который ускоряет процесс

окисления и самовоспламенения дизельного топлива.

При низких температурах для облегчения пуска дизель-

ных двигателей применяют свечи накаливания, жидкости типа

«Холод-Д-40», а также различные добавки.

Дата добавления: 2015-07-10