Свойства дизельного топлива, влияющие на его самовоспламеняемость и процесс сгорания

ГБОУ СПО МО КПЭТ

Реферат по теме: Свойства дизельного топлива, влияющие на его самовоспламеняемость и процесс сгорания

.

Выполнил:Студент 3 курса Проверил преподователь:

Егоров Е.Ю Глушаков А.В.

Свойства дизельного топлива, влияющие на его самовоспламеняемость и процесс сгорания

Самовоспламеняемостыо называется способность дизельного топлива воспламеняться без источника зажигания. Самовоспламеняемость топлива оценивается цетановым числом, и от нее зависит протекание процесса сгорания топлива в цилиндрах двигателя.

Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы топливо самовоспламенялось в определенный момент и далее энергично сгорало, вызывая интенсивное, но достаточно плавное нарастание давления, не превышающее 0,5 МПа на 1° поворота коленчатого вала. Работа двигателя в этом случае оценивается как мягкая, т.е. его детали работают без перегрузки, развивается максимальная мощность и обеспечивается необходимая топливная экономичность.

Если же топливо самовоспламеняется несвоевременно, а с запаздыванием, то это приводит к жесткой работе двигателя, напоминающей работу карбюраторного двигателя с детонацией. При жесткой работе дизеля его детали работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и даже поломкам, перерасходу топлива, дымному выпуску и снижению мощности.

Характерно, что многие из факторов, вызывающих стуки при жесткой работе дизеля, способствуют устранению детонации в карбюраторных двигателях. Это объясняется особенностями протекания рабочего процесса у этих типов двигателей. Так, в дизеле воспламенение горючей смеси происходит в результате предпламенных реакций окисления молекул топлива кислородом воздуха в условиях высокой температуры такта сжатия. При этом впрыснутые в конце такта сжатия первые порции топлива воспламеняются не сразу, а проходит некоторое время, в течение которого продолжается подача топлива, увеличивается давление в цилиндре двигателя и, главное, повышается температура. В таких условиях происходят образование и распад пероксидов, местное повышение в этих зонах температуры и образование очагов пламени, которое завершается воспламенением всего топлива, находящегося в цилиндре двигателя.

Время от впрыска первой порции топлива до его воспламенения называется периодом задержки воспламенения.

На развернутых индикаторных диаграммах четырехтактного дизеля для двух типов его работы видно, что в обоих случаях — мягкой (нормальной) и жесткой — начало впрыска происходит в одно и то же время (точка а), но самовоспламенение (точка б) при мягкой работе (кривая 1) происходит раньше, чем при жесткой (кривая 2), т.е. в первом случае период задержки воспламенения будет меньше, чем во втором.

Рис. Развернутая индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля:1 — мягкая работа двигателя; 2 — жесткая работа двигателя; а — начало подачи топлива; б — момент самовоспламенения топлива; в — конец подачи топлива

При мягкой работе двигателя к началу самовоспламенения в цилиндре находится меньше топлива, чем при жесткой работе, поэтому нарастание давления после воспламенения будет значительно более резким при большей задержке воспламенения, что и вызывает работу двигателя со стуками. Несмотря на более высокое максимальное давление, при жесткой работе двигателя мощность не увеличивается, так как индикаторное давление при этом снижается по сравнению с мягкой (нормальной) работой двигателя в первый период самовоспламенения (в конце такта сжатия) и на большей части такта расширения (рабочего хода).

Таким образом, продолжительность периода задержки воспламенения существенно влияет на работу двигателя. При одинаковых двигателях и одинаковых условиях их работы период задержки воспламенения, а следовательно, и мягкая или жесткая их работа зависят от самовоспламеняемости топлива, количественно оцениваемой цетановым числом.

Цетановое число дизельного топлива определяют методом сравнения работы стандартного одноцилиндрового двигателя на испытуемом топливе и на эталонных смесях.

Эталонную смесь составляют из двух углеводородов, один из которых легко воспламеняется, а второй — плохо. В качестве легковоспламеняющегося компонента берут цетан, являющийся представителем парафиновых углеводородов. Его цетановое число принимают за 100. В качестве трудновоспламеняющегося компонента берут а-метилнафталин (С₁₀Н₇СН₃), являющийся представителем ароматических углеводородов. Цетановое число а-метилнафталина принимают за 0.

Цетановым числом топлива называется показатель его самовоспламеняемости, численно равный содержанию цетана (об. %) в такой его смеси с а-метилнафталином, которая равноценна данному топливу по самовоспламеняемости при испытании в стандартном двигателе.

Цетановое число определяют на установке ИТ9-3, оснащенной одноцилиндровым двигателем с переменной степенью сжатия (е = 7...23) с помощью метода совпадения вспышек.

При работе на испытуемом топливе с углом опережения впрыска 13° подбирается такая степень сжатия, при которой топливо воспламеняется, когда поршень находится в высшей мертвой точке (ВМТ). Это фиксируется вспышкой неоновой лампы. Затем при тех же степени сжатия и угле опережения впрыска подбирают эталонное топливо, которое также воспламеняется при положении поршня в ВМТ.

Цетановые числа дизельных топлив зависят от их углеводородного состава, структуры и молекулярной массы. Наиболее высокие цетановые числа у парафиновых углеводородов, более низкие у нафтеновых и самые низкие у ароматических. Однако парафиновые, особенно высокомолекулярные, углеводороды обладают высокими температурами помутнения и застывания, что ограничивает их содержание в дизельном топливе.

Нафтеновые углеводороды являются хорошим компонентом дизельных топлив; они имеют удовлетворительные цетановые числа и температуры застывания. Изомерные углеводороды имеют более низкое цетановое число, чем соответствующие им углеводороды того же ряда нормальной структуры.

Из-за недостаточного цетанового числа в дизельном топливе допускается лишь небольшое содержание углеводородов ароматического ряда, хотя они и имеют низкую температуру застывания.

С облегчением фракционного состава дизельных топлив прямой перегонки цетановые числа, как правило, снижаются и, следовательно, ухудшается их самовоспламеняемость. Дизельные топлива Прямой перегонки по эксплуатационным качествам уступают топливам каталитического крекинга.

От величины цетанового числа зависят пусковые свойства дизельного топлива. При одинаковом фракционном составе у топлива с более высоким цетановым числом лучшая самовоспламеняемость, и двигатель на нем легче пускается. Для облегчения пуска в зимнее время в воздушный патрубок дизеля вводят пять—восемь капель серного эфира, обладающего высокими самовоспламеняемостью и испаряемостью.

Цетановое число дизельного топлива может быть повышено с помощью высокоцетановых компонентов или специальных присадок. В качестве присадки допускается добавка не более 1 % изопропилнитрата. Однако для современных автомобильных дизелей нецелесообразно применение топлива с цетановыми числами выше 50, так как это экономически не оправданно. Более того, если топливо имеет чрезмерно высокое цетановое число, то первые его порции, попавшие в цилиндр, сразу воспламеняются, т. е. большая его часть впрыскивается не в воздух, а в продукты сгорания и не перемешивается с еще неизрасходованным воздухом. В результате имеют место неполное сгорание, дымный выпуск, снижение мощности и ухудшается экономичность двигателя.

Рис. Зависимость продолжительности пуска дизеля от цетанового числа

К числу других факторов (кроме свойств топлива), влияющих на жесткость работы дизеля, относятся его конструктивные данные и условия работы. Появлению стуков при работе дизеля способствуют увеличение угла опережения впрыска, снижение частоты вращения коленчатого вала, уменьшение степени сжатия, понижение температурного режима двигателя и температуры засасываемого воздуха.

Жесткая работа дизеля так же нежелательна, как и работа карбюраторного двигателя с детонацией.