Показатели качества дизельных топлив. Соответствие дизельных топлив перечисленным выше требованиям оценивается по их физико-химическим показателям в соответствии с ГОСТ 4749—73 и 305—73.

Все дизельные автомобильные топлива по климатическим условиям их применения делятся на летние, зимние и арктические. Летние дизельные топлива и могут применяться при температурах воздуха выше 0 °С. Зимние дизельные топлива марок ЗС (зимнее северное) и ДЗ предназначены для применения при температурах от 0 до —30 °С, а топливо лишь до температуры —20 °С. Арктические топлива предназначены для применения в холодной климатической зоне зимой: топливо марки ДА — до температуры —30 °С, а топливо марки А — до температуры —50 °С.

В связи с этим топлива по ГОСТ 305—73 разделены на две подгруппы. Вторая подгруппа топлив содержит серы примерно в два раза больше, поэтому применять их можно в двигателях, где используется масло с присадкой, уменьшающей вредное воздействие серы.

Цетановое число является наиболее важным физико-химическим показателем качества дизельных топлив. Этот показатель определяет самовоспламеняемость дизельных топлив, т. е. способность их паров воспламеняться без источника зажигания (в определенных условиях). Цетановое число оказывает решающее влияние на легкость пуска и характер работы двигателя. Чем выше цетановое число топлива, тем легче пуск двигателя и мягче его работа. Цетановое число зависит от количества и группового состава углеводородов, входящих в дизельное топливо.

Парафиновые углеводороды термически менее устойчивы, легко окисляются с образованием перекисей, поэтому относятся к наиболее легковоспламеняющимся и имеют высокие цетановые числа.

Ароматические углеводороды для воспламенения требуют более высоких температур и значительных интервалов времени на окисление, вследствие чего их цетановые числа невелики.

Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение по воспламеняемости среди парафиновых и ароматических углеводородов.

Повышение цетанового числа может быть достигнуто изменением группового состава углеводородов дизельного топлива или введением присадок. Второй.способ наиболее прост, так как позволяет сравнительно легко влиять на воспламеняемость топлива. Такие присадки, как этилнитрат или изопропилнитрат, введенные в дизельное топливо в количестве 1%, вызывают повышение цетанового числа на 10—15 единиц.

Оценка воспламеняемости дизельного топлива проводится, как и для бензинов, сравнением работы одноцилиндрового двигателя на эталонном топливе и на испытуемом топливе. В качестве эталонного топлива применяют смесь углеводородов цетана и а-ме-тилнафталина. Воспламеняемость цетана принимают за 100 единиц, а а-метилнафталина — за 0.

Составляя эталонное топливо из этих углеводородов в разных соотношениях, можно при работе одноцилиндрового двигателя на испытуемом топливе и на эталонном добиться одинаковой воспламеняемости. В этом случае процентное содержание цетана в эталонном топливе будет численно равно цетановому числу испытуемого топлива.

Фракционный состав дизельных топлив является показателем их испаряемости. В дизельном двигателе испарение топлива происходит в среде очень сильно нагретого воздуха. Поэтому, несмотря на слишком малое время для смесеобразования, большая часть топлива успевает испариться и образовать рабочую смесь. При этом фракции топлива с очень низкими температурами перегонки плохо воспламеняются. Следовательно, дизельное топливо должно иметь оптимальный фракционный состав, чтобы он не затруднял испарения и не ухудшал воспламеняемости.

В ГОСТах для дизельных топлив фракционный состав характеризуется температурами перегонки 50 и 96% топлива. Эксплуатационная оценка дизельного топлива по этим точкам не производится. Начало перегонки дизельных топлив происходит при 180— 200 °С, а конец — при 330—360 °С.

Вязкость дизельных топлив относится к важнейшим показателям их качества. Она определяет возможность подачи топлива в цилиндры двигателя. При эксплуатации недопустимо использование дизельных топлив с чрезмерно высокой или низкой вязкостью, так как это вызывает нарушение в работе двигателя.

ГОСТы на дизельное топливо устанавливают для каждой марки топлива, вязкость при температуре 20 °С в единицах кинематической вязкости — сантистоксах.

Подача топлива в цилиндры двигателя может нарушаться и без потери текучести вследствие образования в нем микрокристаллов парафина или льда при понижении температуры. Это явление наступает при температуре помутнения.

Температура помутнения характеризуется потерей прозрачности топлива из-за выделения в нем микрокристаллов, причем кристаллы льда начинают образовываться уже при температуре немного ниже 0°С, а парафины дают помутнение и при более низких температурах. Для надежной подачи топливо должно иметь температуру помутнения на 3—5 °С ниже его рабочей температуры.

Если температура понижается ниже температуры помутнения на 5—15 °С, то топливо застывает и полностью теряет текучесть.

Температура застывания характеризуется величиной, при которой дизельное топливо загустевает настолько, что уровень его не изменяется в течение 1 мин при наклоне стандартной пробирки с топливом на угол 45°. Температура застывания определяет возможность использования топлива при данной температуре воздуха.

Коррозионные свойства дизельных топлив, как и бензинов, зависят от содержания в них серы и ее соединений, минеральных и органических кислот, щелочей, фактических смол и непредельных углеводородов. Наиболее агрессивное воздействие на металлы оказывают активная сера, кислоты и щелочи. Поэтому содержание серы в дизельных топливах ограничивается, а кислот не допускается.

Фактические смолы и непредельные углеводороды в дизельных топливах являются причиной отложений и нагара в камерах сгорания, на клапанах, форсунках и других деталях двигателя. Они нарушают нормальный тепловой режим двигателя, ухудшают его экономичность и снижают мощность.

Кислотность характеризует содержание органических кислот в дизельном топливе и выражается в миллиграммах щелочи КОН, требующейся для нейтрализации кислот, которые содержатся в 100 мл топлива. По химической стабильности, т. е. способности окисляться и давать смолистые отложения, дизельные топлива значительно превосходят бензины. Для дизельных топлив установлен гарантийный срок хранения 5 лет.

Качество дизельных топлив проверяют в условиях эксплуатации сопоставлением паспортных данных требованиям ГОСТов. В паспорте указывают цетановое число, кинематическую вязкость при 20 °С, температуры помутнения и застывания, содержание серы и фактических смол. При оценке качества дизельного топлива по паспорту определяют минимальную температуру, при которой данное топливо допустимо использовать, а также по подгруппе марки топлива назначают использование соответствующего масла для двигателя.

—

Основные параметры дизельного топлива, влияющие на износ двигателя, следующие: вязкость, фракционный состав, содержание серы, смол и механических примесей.

Вязкость топлива оказывает существенное влияние на процессы смесеобразования и сгорания его в двигателе, а также на износ прецизионных деталей топливного насоса и форсунок.

При использовании топлива с малой вязкостью увеличивается угол конуса струи и уменьшается глубина проникновения топлива в камеру сгорания. Поэтому воздух, содержащийся в камере сгорания, используется неэффективно, увеличивается износ прецизионных пар и утечка топлива в зазорах между прецизионными деталями топливного насоса и форсунок.

При использовании топлива с высокой вязкостью уменьшается угол конуса струи и увеличивается ее дальнобойность; часть топлива при этом попадает на стенки камеры сгорания, что способствует образованию нагара и лаковых отложений. Ухудшение процесса смесеобразования вызывает повышенный расход топлива и дымный выхлоп.

Стендовые испытания двигателя ЯАЗ-204 показали зависимость износа деталей поршневой группы от фракционного состава дизельного топлива. Повышение температуры выкипания 50-процентных фракций топлива с 230 °С до 350 °С вызывает увеличение зазора в замке кольца за 500 ч работы двигателя почти в два раза.

Большое влияние на износ двигателя оказывает наличие серы в дизельном топливе, особенно при работе его с низкой температурой воды в системе охлаждения.

Экспериментально установлено, что при снижении температуры охлаждающей воды с 70 °С до 35 °С износ двигателя на сернистом топливе увеличивается в четыре раза. Поэтому соблюдение оптимального температурного режима двигателя является эффективным средством уменьшения коррозионно-ме-ханического изнашивания. При работе двигателей на сернистом топливе увеличивается отложение нагара лаков, интенсифицируется процесс старения картерной смазки и пр.

Уменьшение вредного действия серы в дизельном топливе достигается путем добавки к нему специальных щелочных присадок (ЦИАТИМ-339), а также применением коррозионностой-ких металлов.

Согласно ГОСТ 305—62 при использовании дизельного топлива с содержанием серы более 0,2% одновременно должно применяться дизельное масло с присадкой ЦИАТИМ-339 или с другой, более эффективной.

Основным параметром, характеризующим качество процесса сгорания дизельного топлива, является цетановое число. В зависимости от цетанового числа изменяется величина максимального давления р и давления по углу поворота кривошипа

Если дизельное топливо имеет небольшое цетановое число, то двигатель работает со стуком и с высокой механической нагрузкой в деталях поршневой группы. При повышении цетанового числа снижается жесткость работы двигателя, уменьшается нагрузка на детали поршневой группы и увеличивается надежность и долговечность двигателя.