Испаряемость топлива определяется фракционным составом. В отличие от бензинов фракционный состав дизельных топлив регламентируется лишь температурами выкипания 50 и 96% топлива. Это объясняется тем, что между температурой выкипания 10% дизельного топлива и работой дизелей однозначной связи не установлено. При повышении температуры выкипания 10% топлива, т. е. утяжелении топлива, увеличивается его расход и дымность отработавших газов. При облегчении топлива ухудшается пуск дизелей, так как легкие фракции имеют худшую по сравнению с тяжелыми фракциями самовоспламеняемость. Поэтому пусковые свойства дизельных топлив для автомобилей в некоторой степени определяет температура выкипания 50% топлива. Температура выкипания 96 % топлива регламентирует содержание в топливе наиболее тяжелых фракций, увеличение которых ухудшает смесеобразование, снижает экономичность, повышает нагарообразование и дымность отработавших газов.

Воспламеняемость топлива характеризует его способность к самовоспламенению в дизеле. Это свойство в значительной мере определяет подготовительную фазу процесса сгорания — период задержки воспламенения, который в свою очередь складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешение паров топлива с воздухом (физическая составляющая), и времени, необходимого для завершения предпламенных реакций и формирования очагов самовоспламенения (химическая составляющая). Физическая составляющая времени задержки воспламенения зависит от конструктивных особенностей двигателя, а химическая — от свойств применяемого топлива. Длительность периода задержки воспламенения существенно влияет на последующее течение всего процесса сгорания. При большой длительности периода задержки воспламенения увеличивается количество топлива, химически подготовленного для самовоспламенения. Сгорание топливовоздушной смеси в этом случае происходит с большей скоростью, что сопровождается резким нарастанием давления в камере сгорания.

Работу дизеля при скорости нарастания давления более 0,4—0,6 МПа на 1° поворота коленчатого вала называют «жесткой». При «жесткой» работе возникают ударные нагрузки на поршень, подшипники, вызывая их ускоренный износ и иногда даже разрушение. При снижении периода задержки воспламенения топлива давление нарастает более плавно, двигатель работает «мягче». В то же время чрезмерное сокращение периода задержки воспламенения приводит к ухудшению процесса смесеобразования и, как следствие, к падению мощности и экономичности двигателя. Поэтому для обеспечения нормальной работы Двигателя необходимо применять топлива с оптимальной длительностью периода задержки воспламенения, который характеризуется цетановым числом (Ц. Ч.).

Цетановое число — условная единица измерения самовоспламеняемости топлива. Ц. Ч. топлива численно равно содержанию цетана в такой его смеси с а-метил-нафталином, которая эквивалентна по самовоспламеняемости данному топливу. Цетан обладает хорошей самовоспламеняемостью: ее принимают за 100 ед., а-метил-нафталин — плохой: ее принимают за 0. Варьируя содержание указанных компонентов в эталонной смеси, можно изменять ее самовоспламеняемость от 100 до 0. Чем меньше Ц. Ч., тем больше период задержки воспламенения топлива. Поэтому применение топлив с. цетановым числом менее 45 обычно приводит к жесткой работе двигателя. Повышение цета-нового числа выше 50 вызывает увеличение удельного расхода топлива из-за уменьшения полноты сгорания. При возрастании цетанового числа улучшаются пусковые свойства топлива.

К основным требованиям по качеству дизельного топлива относится прокачиваемость его по топливной системе, обеспечивающая подачу топлива в цилиндры двигателя в необходимом для заданного режима количестве. Прокачиваемость дизельного топлива оценивается следующими показателями: вязкостью, температурами помутнения и застывания, содержанием механических Примесей и воды, коэффициентом фильтруе-мости, предельной температурой фильтруемости.

Вязкость топлива влияет непосредственно на процесс образования смеси. От нее зависят также надежность и ресурс топливной аппаратуры дизелей. Требования к вязкости топлива неоднозначны. С одной стороны, при повышенной вязкости не удается обеспечить удовлетворительную тонкость распыливания топлива форсункой, что ухудшает процесс смесеобразования и приводит к снижению экономичности двигателя, повышению дымности отработавших газов, с другой стороны — вязкость должна быть такой, чтобы исключить подтекание топлива в зазорах плунжерных пар насоса и обеспечить их смазку. Для летней эксплуатации быстроходных дизельных двигателей вязкость топлива (при 20 °С) должна находиться в пределах 3,0—6,0, для зимней 1,8—6,0, для арктических условий —в пределах 1,5—4,0 мм2/с.

Температура помутнения и застывания топлива и предельная температура фильтруемости характеризуют низкотемпературные свойства дизельного топлива, под которыми понимают способность топлива сохранять текучесть при понижении температуры и не вызывать затруднений при перекачке по трубопроводам. С уменьшением температуры вязкость топлива увеличивается, причем резкое ее увеличение наблюдается в относительно узком интервале температур, практически от температуры помутнения топлива до температуры его застывания.

Температура помутнения определяет начало выпадения из топлива в виде кристаллов высокоплавких углеводородов (парафинов, алканов), которых в дизельных топливах значительно больше, чем в бензинах. Возникает опасность забивки топливных фильтров кристаллами парафиновых углеводородов. В связи с этим температура помутнения дизельных топлив должна быть несколько ниже возможной температуры применения топлива.

Температура застывания топлива соответствует такой предельной температуре, при которой топливо теряет свою текучесть. Этот показатель служит приблизительным ориентиром при определении возможных предельных условий применения топлив, и в большей мере по этому показателю судят о возможностях заправки, транспортирования, слива и налива топлива.

Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив и, в частности, расширение ресурсов зимних видов дизельных топлив осуществляют двумя путями: депарафинизацией топлива, т. е. извлечением из него высокоплавких парафиновых углеводородов нормального строения, и введением депрессорных присадок, улучшающих низкотемпературные свойства.

Коэффициент фильтруемости топлива характеризует срок службы фильтров тонкой очистки топлива. Этот показатель равен отношению времени фильтрования последней порции топлива ко времени фильтрования первой порции при пропускании через специальный бумажный фильтр определенного объема топлива. Значение коэффициента фильтруемости зависит от содержания в топливе механических примесей, воды, мыл нафтеновых кислот и смолистых продуктов окисления. Для товарных топлив установлена норма коэффициента фильтруемости не выше 3, которая позволяет ограничить содержание в топливе всех загрязняющих веществ и тем самым обеспечить надежную работу топливной аппаратуры.

В дизельных топливах, как и в бензине, но только в больших количествах содержатся сернистые соединения, которые условно относят к так называемой активной сере (меркаптаны, сероводород, элементарная сера). Все они при сгорании образуют оксиды серы. Эти газообразные продукты при высокой температуре оказывают коррозионное воздействие на металлы в газовой фазе, а при низких температурах легко растворяются в капельках воды, конденсирующихся из продуктов сгорания, с образованием сернистой или серной кислот. Коррозионному воздействию продуктов сгорания сернистых соединений подвергаются детали цилиндропоршневой группы.

Износ деталей дизельных двигателей примерно пропорционален содержанию в топливе общей серы. В зависимости от этого показателя отечественные топлива для быстроходных дизелей делятся на два вида: первый — с содержанием серы до 0,2%, второй — с содержанием серы до 0,5 %. Наиболее коррозионно-агрессивнйми соединениями серы являются меркаптаны и сероводород, поэтому их содержание в дизельных топливах жестко регламентируется.

Важным эксплуатационным свойством дизельного топлива является его склонность к образованию нагаро- и лакоотложений в двигателе. Отложения приводят к нарушениям в рабочем процессе двигателя, что ухудшает его технико-экономические и экологические показатели, увеличивает износ деталей двигателя. На образование отложений влияют фракционный состав, содержание сернистых соединений, непредельных и ароматических углеводородов, смолистых соединений, а также неорганических примесей. Более тяжелые топлива, с большим содержанием серы и ее соединений дают большее количество нагара. С увеличением содержания ароматических и непредельных углеводородов склонность топлив к нагарообразованию возрастает. Количество непредельных углеводородов регламентируется введением в стандарт показателя — йодного числа. С увеличением количества непредельных углеводородов йодное число возрастает. Количество смолистых веществ в дизельных топливах оценивается, как и в бензинах, количеством фактических смол. Склонность дизельного топлива к нагарообразованию оценивается его зольностью и коксуемостью. Зольность топлива характеризует содержание в топливе несгораемых неорганических соединений, которые повышают абразивные свойства топлива. Коксуемостью называют свойство топлива образовывать углистый остаток при нагреве без доступа воздуха. Коксуемость дизельных топлив зависит от их фракционного состава, содержания в топливах смол и непредельных углеводородов.

Зольность и коксуемость топлив регламентируются в стандарте соответствующими показателями — зольность и коксуемость 10% остатка.

Марки и виды дизельных топлив. Дизельные топлива для быстроходных дизельных двигателей автомобилей вырабатываются в соответствии с действующим в настоящее время ГОСТ 305—82 «Топливо дизельное. Технические условия».

В зависимости от условий применения установлены три марки дизельного топлива:
Л (летнее) —для эксплуатации при температуре окружающей среды воздуха 0 °С и выше;
3 (зимнее) — для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 20 °С и выше (температура застывания топлива не выше минус 35 °С) и минус 30 °С и выше (температура застывания топлива не выше минус 45 °С);
А (арктическое) — для эксплуатации при температуре окружающего воздуха —50 °С и выше.

—

В ходе своего победного шествия бензиновый двигатель вскоре столкнулся с серьезным конкурентом. В 1897 г. известный изобретатель Рудольф Дизель построил новый экеномичный двигатель с воспламенением горючей смеси от сжатия. В честь автора этот двигатель был назван дизелем.

Сначала двигатель Дизеля работал на дорогостоящем осветительном керосине, однако быстро был приспособлен для работы на тяжелых нефтепродуктах. Значительный вклад в совершенствование дизеля внесли русские ученые Г. В. Тринклер и Я. М. Манин. В 1898… 1899 годах на заводе Нобеля в Петербурге (позже — завод «Русский дизель») был создан дизельный двигатель, работавший на самом дешевом топливе — сырой нефти.

Трагическая гибель Рудольфа Дизеля на 56-м году жизни не позволила ему увидеть масштабы использования своего изобретения. Первые дизели были тихоходными и применялись на судах, подводных лодках и локомотивах. В 20-е годы были созданы автомобильные дизели, которые вскоре потеснили бензиновые двигатели и в настоящее время являются основным типом силовой установки для грузовых автомобилей и автобусов. Повсюду, где бы не применялся дизель, он показал свое главное преимущество: высокую экономичность и возможность работать на дешевом топливе.

Отличительной особенностью дизельного двигателя является внутреннее смесеобразование, при котором топливо подается в цилиндры двигателя в конце такта сжатия и воспламеняется от сжатого горячего воздуха. Исходя из характера протекания рабочих процессов в быстроходном автомобильном дизеле, топливо должно обеспечивать:
— достаточно низкую температуру застывания и минимальное изменение вязкости при снижении температуры;
— смазывание и минимальные износы топливной аппаратуры;
— хорошее смесеобразование в широком диапазоне эксплуатационных температур;
— устойчивое воспламенение от сжатия;
— минимальную склонность к образованию отложений, полное сгорание без образования сажи.

Остальные требования соответствуют ранее изложенным общим требованиям к бензинам (минимальная коррозионная агрессивность, минимальные износы двигателя, приемлемая стоимость, достаточные ресурсы и т. д.). Всем этим требованиям в наибольшей степени отвечает смесь нефтяных дистиллятов с температурой кипения в пределах 200…360 °С.

—

Дизельные двигатели широко распространены во всех отраслях народного хозяйства. Основным преимуществом дизельных двигателей является высокая экономичность они расходуют на 30—40% меньше топлива по сравнении с бензиновыми двигателями. Экономичная работа дизелей достигается главным образом за счет высоких степеней сжатия. В настоящее время ускоренными темпами осуществляется дизелизация автомобильного транспорта.

Дизельное топливо значительно дешевле бензина, поскольку его получают в основном прямой перегонкой, в то время как бензин вырабатывается с помощью сложных и дорогостоящих вторичных процессов, например, каталитического крекинга, платформинга. С другой стороны, простота получения дизельных топлив ограничивается сырьевыми ресурсами, т. е. выходом топлива из нефти.

Дизельные двигатели более надежны и долговечны, им свойственна стабильная экономичность во всем диапазоне нагрузок, они имеют лучшую приемистость и возможность переходить на работу с нагрузкой без полного прогрева. Дизельные двигатели делятся на быстроходные (частота вращения коленчатого вала свыше 16 с-1) и тихоходные <до 16 с-1). В качестве автомобильных и тракторных применяются только быстроходные двигатели.

Основными отличиями в работе Дизельного и бензинового двигателей являются способы смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Поэтому требования к дизельному топливу обусловливаются особенностями работы дизельного двигателя.