Раньше считалось, что топливо для быстроходных двигателей должно иметь при 20 °С вязкость не менее 5 мм2/с. Исследования показали, что топливо с вязкостью до 2 мм2/с при 20 СС обеспечивает смазку топливоподающей аппаратуры. Минимальная вязкость зависит от давления впрыска и других конструктивных решений. С увеличением давления впрыска вязкость топлива может увеличиваться в 6-10 раз.

На основании исследований и эксплуатационных испытаний установлены следующие значения вязкости топлива при 20 °С для быстроходных дизельных двигателей: летом — 3,0-8,0 мм2/с, зимой — 2,2-6,0 мм2/с, для сурового климата Арктики— 1,5-4 мм2/с.

Прокачиваемость топлива зависит от его низкотемпературных свойств, которые влияют на подвижность топлива при низких температурах. Низкотемпературные свойства определяются температурой помутнения, начала кристаллизации и застывания.

Температурой помутнения считают температуру, при которой теряется фазовая однородность топлива. Оно начинает мутнеть из-за выделения мельчайших капель воды, твердых углеводородов или микроскопических кристаллов льда.

Температуру, при которой появляются первые кристаллы, видимые невооруженным глазом, называют температурой кристаллизации.

Температура полной потери подвижности носит название температуры застывания.

Механические примеси в топливе стандартом не предусмотрены (не допускаются). Топливо загрязняется при несоблюдении правил перевозки, хранения и заправки. Наиболее вредны кварциты глинозема, так как они обладают высокой твердостью. Прецизионные пары топливных насосов имеют зазоры 1,5-3,0 мкм, поэтому даже небольшой процент механических примесей приводит к значительному абразивному износу.

В топливе в большей или меньшей степени постоянно присутствует в растворенном состоянии вода. Ее концентрация зависит от температуры окружающей среды. Растворимость воды в топливе 910~5 кг/кг. Особенно неприятно наличие эмульсионной воды при низких температурах. В этом случае кристаллами льда забивается система очистки и нарушается работа двигателя. Отрицательно действует вода на топливную аппаратуру, особенно на насос высокого давления и форсунки. Она способствует появлению коррозии поверхностей прецизионных пар и закоксовыванию распылителей форсунок.

Необходимый распыл, смесеобразование и испарение топлива в значительной степени предопределяют протекание рабочего процесса в целом, его эффективность и экономичность.

Порция топлива, отмеренная насосом высокого давления, впрыскивается в камеру сгорания в плотный, сильно завихренный нагретый воздух. На некотором расстоянии от сопловых отверстий форсунки струя распадается на капли, образуя факел распыленного топлива. Общее число капель достигает нескольких миллионов, а размер их колеблется от 5 до 150 мкм. Распределение капель по числу и размерам весьма неравномерное. Качество распылива-ния топлива характеризуется числом и размером капель, длиной, шириной и углом конуса распыла.

Капли топлива, введенные в горячий воздух, воспламеняются не мгновенно. При воспламенении процесс испарения проходит более интенсивно за счет высокой температуры в процессе сгорания. Одновременно с ускорением испарения в этот момент происходит некоторое замедление, так как появляются продукты сгорания, затрудняющие подвод кислорода воздуха к испаряющемуся топливу. Это обстоятельство обусловливает необходимость вести рабочий процесс в дизеле с некоторым избытком воздуха.

Большая неоднородность топливовоздушной смеси в камерах сгорания является причиной некоторых преимуществ и недостатков дизельных двигателей. Важным преимуществом является то, что в дизельных двигателях можно значительно обеднять рабочую смесь. Это позволяет изменять мощность только за счет подачи топлива. С другой стороны, неоднородность смеси — существенный недостаток дизельных двигателей, так как невозможно добиться бездымного и полного сгорания.

На процесс смесеобразования влияет вязкость топлива, увеличение которой ведет к ухудшению распыливания и испарения топлива. При большой вязкости крупные капли увеличивают длину факела и попадают на стенки, что значительно ухудшает процесс смесеобразования, а при малой вязкости факел топлива укорачивается и камера сгорания полностью не используется.

Фракционный состав дизельных топлив оценивается температурой конца кипения: летнее — 360 °С, зимнее — 340 °С, арктическое — 330 °С.

Сложные процессы горения и смесеобразования топлива в быстроходных двигателях происходят в очень короткий промежуток времени, примерно в 10 раз быстрее, чем в карбюраторных двигателях, при одинаковой частоте вращения.

Интенсивность горения зависит от многих факторов: давления и температуры сжатого воздуха, концентрации паров топлива в воздухе, химического состава, качества распыливания и испаряемости топлива.

При задержке воспламенения топлива процесс последующего горения происходит очень интенсивно. Слышатся характерные стуки двигателя (аналогично детонации, но причины возникновения разные).

При прочих равных условиях уменьшение периода задержки воспламенения обусловливает более плавное изменение давления, т.е. более мягку работу двигателя. Однако чрезмерное сокращение этого периода ведет к уменьшению полноты сгорания. Процесс начинается сразу после подачи топлива, большая часть которого подается в продукты сгорания. Капли топлива при этом быстро испаряются, не достигнув тех зон камеры, в которых кислород еще не использован. Процесс смесеобразования резко ухудшается, падает мощность и экономичность двигателя.

Для обеспечения нормального процесса горения необходимо применять топливо, имеющее оптимальный период задержки воспламенения. Воспламеняемость топлива оценивается цетановым числом. Численно цетановое число дизельного топлива равно процентному содержанию (по объему) цетана в смеси с альфа-метилнафталином, которая по характеру сгорания (самовоспламенения) равноценна испытываемому топливу. Цетановое число определяют тремя методами: по критической степени сжатия, запаздыванию самовоспламенения и по совпадению вспышек.

Дизельные топлива должны иметь цетановое число в пределах 45-50 зимой и 40-45 летом. Цетановое число определяет пусковые свойства дизельных топлив, незначительно различающихся по фракционному составу.

При эксплуатации дизельных двигателей большое значение имеет установление оптимального угла опережения впрыска топлива. При большом угле опережения топливо подается в недостаточно нагретый воздух, что увеличивает период задержки воспламенения и жесткость работы. Топливо при этом может сгорать до верхней мертвой точки, что ведет к потере мощности, так как создается противодавление. При запаздывании впрыска значительная часть топлива сгорает на линии расширения, что вызывает падение мощности, неполное сгорание топлива, снижение КПД двигателя.

Нагарообразование в скоростных дизельных двигателях ведет к перегреву двигателя, закоксовыванию форсунок, ухудшению распыливания топлива. Повышенному накоплению нагара способствует неполнота сгорания топлива, наличие в топливе высокомолекулярных сложных веществ и механических примесей. На накопление смолистых веществ существенно влияет стабильность топлива. Показатели качества дизельного топлива, влияющие на нагарообразование и нормируемые ГОСТом, следующие: коксовое число, содержание смол, золы, механических примесей и соединений серы. Сера, содержащаяся в топливе, влияет не только на массу образующегося нагара, но и на его свойства. Сернистые соединения, накапливаясь в нагаре, повышают его плотность.

Коррозионные свойства дизельных топлив обусловливаются содержанием сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочи, а также воды. Наличие в топливе сернистых соединений проверяют полированной пластинкой из электролитической меди размером 10×25 мм. Эту пластинку опускают в фарфоровую чашечку с топливом, которую помещают в сушильный шкаф с температурой 50 °С и выдерживают там 2-3 ч. Появление на пластинке темно-коричневых, серых или черных налетов указывает на наличие в топливе активных сернистых соединений.

Коррозию деталей вызывают в основном сернистые соединения. Особенно сильно жидкостная коррозия проявляется в холодное время года при пусковых режимах. Повышение содержания серы в топливе с 0,2 до 0,5% увеличивает износ цилиндропоршневой группы на 25-30%, до 1% — в 2 раза. Для снижения сернистой коррозии в топливо добавляют присадки. Наиболее распространенная — нафтенат цинка, который добавляют в топливо (0,25-0,30% массы топлива).

Теплотворная способность дизельного топлива составляет 42 705 кДж/кг.

Ассортимент дизельных топлив в соответствии с ГОСТ 305-82 включает 3 сорта: арктическое, зимнее и летнее. Каждый сорт выпускается с разным содержанием серы. В обозначение дизельного топлива входит процентная доля серы и дополнительно для летнего — температура вспышки, а для зимнего — температура застывания (например, Л-0,2-40 ГОСТ 305-82 — летнее топливо с содержанием серы 0,2% и температурой вспышки не менее 40 °С; 3-0,4 минус 35 ГОСТ 305-82 — зимнее топливо с содержанием серы 0,4% и температурой застывания не выше минус 35 °С; А-0,2 ГОСТ 305-82 — арктическое топливо с содержанием серы 0,2%). Высококачественное дизельное топливо содержит меньше серы (0,15%) и имеет лучший фракционный состав. Выбор марки дизельного топлива зависит только от климатических условий и качества используемого масла.

Применение дизельных топлив в различных климатических условиях регламентируется их низкотемпературными показателями (температурой помутнения). Так, топливо марки Л можно применять только при положительных температурах, зимнее (3) — от -20 °С (или -30 °С при температуре помутнения -45 °С) и выше, арктическое (А) — от -50 °С.

Дизельное топливо с содержанием серы до 0,2% может применяться без ограничений по составу моторного масла. При наличии в топливе более 0,2% серы необходимо применять моторное масло с присадками, повышающими его щелочные свойства и уменьшающими коррозию деталей продуктами сгорания сернистых соединений.

При отсутствии зимнего дизельного топлива можно применять летнее с добавлением не менее 30% керосина при температуре -10 °С и до 50% при температуре -20 °С. С понижением температуры от 20 °С до -20 °С вязкость летнего топлива увеличивается в 10 раз, а зимних — в 5 раз. Это следует учитывать при выборе топлива, так как вязкость является основным фактором, характеризующим эксплуатационные свойства его в зимнее время. Перед форсункой вязкость топлива не должна превышать 12 мм2/с.

Для использования летнего дизельного топлива при отрицательных температурах добавляют депрессорные присадки. Это топливо маркируют ДЗп по ТУ38.101889 и используют в зимний период при температуре до -15 °С.