Способы повышения цетановых чисел дизельных топлив, борьба с сернистой коррозией

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дизельные топлива

Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники. Условия смесеобразования и воспламенения топлива в дизелях отличаются от таковых в карбюраторных двигателях. Преимуществом первых является возможность осуществления высокой степени сжатия (до 18 в быстроходных дизелях), вследствие чего удельный расход топлива в них на 25-30 % ниже, чем в карбюраторных двигателях. В то же время дизели отличаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами. По экономичности и надежности работы дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива:

цетановое число, определяющее высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя;

фракционный состав, определяющий полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов двигателя;

вязкость и плотность, обеспечивающие нормальную подачу топлива, распыливание в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования;

низкотемпературные свойства, определяющие функционирование системы питания при отрицательных температурах окружающей среды и условия хранения топлива;

степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки и цилиндро-поршневой группы двигателя;

температура вспышки, определяющая условия безопасности применения топлива в дизелях;

наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износ.



Свойства

Цетановое число - основной показатель воспламеняемости дизельного топлива. Оно определяет запуск двигателя, жесткость рабочего процесса (скорость нарастания давления), расход топлива и дымность отработавших газов. Чем выше цетановое число топлива, тем ниже скорость нарастания давления и тем менее жестко работает двигатель. Однако с повышением цетанового числа топлива сверх оптимального, обеспечивающего работу двигателя с допустимой жесткостью (менее 0,5 МПа/ПВК) ухудшается его экономичность в среднем на 0,2 - 0,3 % и дымность отработавших газов на единицу цетанового числа повышается на 1 - 1,5 единицы Хартриджа.

Чем выше цетановое число топлива, тем быстрее произойдут процессы предварительного окисления его в камере сгорания, тем скорее воспламенится смесь и запустится двигатель. Ниже приведены данные по влиянию цетанового числа на время запуска двигателя:

Цетановое число____________________53 38

Время запуска,с______________________3 45-50

Цетановое число топлив зависит от их углеводородного состава. Наиболее высокими цетановыми числами обладают нормальные парафиновые углеводороды, причем с повышением их молекулярной массы оно повышается, а по мере разветвления - снижается. Самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов, не имеющих боковых цепей; ароматические углеводороды с боковыми цепями имеют более высокие цетановые числа и тем больше, чем длиннее боковая парафиновая цепь. Непредельные углеводороды характеризуются более низкими цетановыми числами, чем соответствующие им по строению парафиновые углеводороды. Нафтеновые углеводороды обладают невысокими цетановыми числами, но большими, чем ароматические углеводороды. Чем выше температура кипения топлива, тем выше цетановое число, и эта зависимость носит почти линейный характер; лишь для отдельных фракций цетановое число может снижаться, что объясняется их углеводородным составом.

Цетановые числа дизельных топлив различных марок, вырабатываемых отечественной промышленностью, характеризуются следующими значениями:

Марка дизельного топлива__________________Л 3(-35) 3(-45) А

Цетановое число________________________47-51 45-49 40-42 38-40

Применение топлив с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе двигателя, а более 50 - к увеличению удельного расхода топлива вследствие уменьшения полноты сгорания. Летом можно применять с цетановым числом, равным 40, а зимой для обеспечения холодного пуска двигателя - с цетановым числом не менее 45. Цетановое число и низкотемпературные свойства топлива - это взаимосвязанные величины: чем лучше низкотемпературные свойства топлива, тем ниже его цетановое число. Так, топлива с температурой застывания ниже -45 характеризуются цетановым числом около 40.

Хорошие низкотемпературные свойства достигаются несколькими способами: существенным облегчением фракционного состава (температура конца кипения 300 - 320 вместо 360), проведением депарафинизации топлива (извлечение н-парафиновых углеводородов), переработкой нафтено-ароматических нефтей с малым содержанием н-парафиновых углеводородов. При этом во всех случаях снижается цетановое число.

Известны присадки для повышения цетанового числа дизельных топлив - изопропил - или циклогексилнитраты. Они допущены к применению, но их вводят в крайне ограниченных количествах для повышения цетанового числа с 38 до 40, так как при этом понижается температура вспышки и повышается коксуемость топлива.

Установление оптимальных цетановых чисел имеет большое практическое значение, поскольку с углублением переработки нефти в состав дизельного топлива будут вовлекаться легкие газойли каталитического крекинга, коксования и фракции, обладающие относительно низкими цетановыми числами. Бензиновые фракции также имеют низкие цетановые числа, и добавление их в дизельное топливо всегда заметно снижает цетановое число последнего. Европейским стандартом на дизельное топливо установлен нижний предел цетанового числа - 48 единиц.

Цетановое число определяют по ГОСТ 3122 - 67, сравнивая воспламеняемость испытуемого топлива с эталонным (смеси цетана с б-метил-нафталиномв разных соотношениях). Имеется множество расчетных формул для определения цетанового числа (ЦЧ) топлив, например по их плотности и кинематической вязкости :

ЦЧ= (+17,8) *1,5879/,

Или, исходя из углеводородного состава,

ЦЧ= 0,85П + 0,1Н - 0,2А,

Где П, Н, А - содержание соответственно парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов.

По этим формулам можно лишь приблизительно рассчитать цетановое число. Они не применимы для топлив с присадками, которые повышают цетановое число, а также для топлив, в состав которых входят бензиновые фракции. Наиболее точным является расчетный метод определения цетанового числа (цетанового индекса) по ГОСТ 27768 - 88, исходя из плотности и 50 %-ной точки перегонки:

ЦИ= 454,74 - 1641,41d + 774,74 - 0,554t + 97,803(lgt,

Где d - плотность при 15, определенная по ГОСТ 3900 - 85, г/; t - температура кипения 50 %-ной (по объему) фракции с учетом поправки на нормальное барометрическое давление 101,3 кПа, определяемая по ГОСТ 2177 - 82, ,lg - десятичный логарифм.

Использовать эту формулу можно только для продуктов прямой переработки нефти. Определение цетанового индекса дизельных топлив по ГОСТ 27768 - 88 внесено в ряд нормативных документов на дизельные топлива.

За рубежом для характеристики воспламеняемости топлива наряду с цетановым числом используют дизельный индекс. Этот показатель нормируется и в отечественной технической документации на дизельное топливо, поставляемое на экспорт, - ТУ 38.401-58-110-94. Дизельный индекс (ДИ) вычисляют по формуле:

ДИ = /100,

Где - анилиновая точка (определяют в и пересчитывают в :

1 = 9,5 + 32); - плотность, градусы АПИ.

Между дизельным индексом и цетановым числом топлива существует такая зависимость:

Дизельный индекс____________________________20 30 40 50 62 70 80

Цетановое число_____________________________30 35 40 45 55 60 80

Фракционный состав.

Характер процесса горения топлива в двигателе определяется двумя основными показателями - фракционным составом и цетановым числом. На сгорание топлива более легкого фракционного состава расходуется меньше воздуха, при этом благодаря уменьшению времени, необходимого для образования топливовоздушной смеси, процессы смесеобразования протекают более полно.

Облегчение фракционного состава топлива, например, при добавке к нему бензиновой фракции, может привести к жесткой работе двигателя, определяемой скоростью нарастания давления на 1 поворота коленчатого вала. Это объясняется тем, что к моменту самовоспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя накапливается большое количество паров топлива, и горение сопровождается чрезмерным повышением давления и стуками в двигателе.

Влияние фракционного состава топлива для двигателей различных типов неодинаково. Двигатели с предкамерным и вихрекамерным смесеобразованием вследствие наличия разогретых до высокой температуры стенок предкамеры и более благоприятных условий сгорания менее чувствительны к фракционному составу топлива, чем двигатели с непосредственным впрыском. Наддув двигателя, создающий повышенный термический режим камеры сгорания, обеспечивает возможность нормальной работы на топливах утяжеленного фракционного состава.

Время прокручивания двигателя при запуске его на топливе со средней температурой кипения 200 - 225 в 9 раз меньше, чем на топливе со средней температурой кипения, равной 285.

При испытаниях дизельного топлива утяжеленного фракционного состава с температурой конца кипения на 30 выше, чем у стандартного летнего топлива. Отмечен повышенный расход топлива в среднем на 3% и увеличение дымности отработавших газов в среднем на 10%. Одной из основных причин повышения расхода топлива является более высокая вязкость топлива утяжеленного фракционного состава.

Расход топлива зависит не только от температуры конца его кипения, но и от 50 %-ной точки перегонки.

Для летних дизельных топлив, полученных перегонкой нефти, 50 %-ная точка выкипания находится в пределах 260 - 280 (наиболее типичные значения 270 - 280 ), для зимних марок дизельных топлив она составляет 240 - 260.

Вязкость и плотность

Вязкость и плотность определяют процессы испарения и смесеобразования в дизеле, так как от них зависит форма и строение топливного факела, размеры образующихся капель, дальность проникновения капель топлива в камеру сгорания.

Более низкая плотность и вязкость обеспечивают лучшее распыливание топлива; с повышением указанных показателей качества увеличивается диаметр капель (рис. 1.10) и уменьшается полное их сгорание, в результате увеличивается удельный расход топлива, растет дымность отработавших газов. Вязкость топлива влияет на наполнение насоса и на утечку топлива через зазоры плунжерных пар. С увеличением вязкости топлива возрастает сопротивление топливной системы, уменьшается наполнение насоса, что может привести к перебоям в его работе. Ниже приведена зависимость подачи топлива насосом от температуры топлива:

Температура топлива, +10 -30 -40 -50

Подача насоса, кг/ч 850 830 810 300

При уменьшении вязкости количество дизельного топлива, просачивающегося между плунжером и втулкой, возрастает, в результате снижается подача насоса. Перевод двигателя на топливо с меньшей плотностью и вязкостью может привести к прогару головок поршня, в связи с чем требуется регулировка топливной аппаратуры. При работе топливной аппаратуры на газоконденсатном дизельном топливе без регулировки топливной аппаратуры происходит уменьшение цикловой подачи топлива до 1 % и снижение максимального давления топлива в трубопроводе высокого давления на 10--15 %. Период задержки впрыска увеличивается на 2--4° поворота коленчатого вала.

Понижение цикловой подачи связано с уменьшением подачи топливного насоса высокого давления вследствие уменьшения плотности и увеличения утечки менее вязкого газоконденсатного топлива.

Увеличение задержки впрыска топлива вызвано его большой сжимаемостью; чтобы получить цикловую подачу газоконденсатного топлива, достаточно увеличить ход рейки топливного насоса высокого давления.

От вязкости зависит износ плунжерных пар. Нижний предел вязкости топлива, при котором обеспечивается его высокая смазывающая способность, зависит от конструктивных особенностей топливной аппаратуры и условий ее эксплуатации. Вязкость топлива в пределах 1,8--7,0 мм2/с практически не влияет на износ плунжеров топливной аппаратуры современных быстроходных дизелей.

Вязкость топлива зависит от его углеводородного состава. Летнее дизельное топливо, получаемое из западносибирской нефти, в котором преобладают парафино-нафтеновые углеводороды, имеет вязкость при 20°С 3,5--4,0 мм2/с; такое же по фракционному составу топливо из сахалинских нефтей, в котором преобладают нафтено-ароматические углеводороды, -- 5,5--6,0 мм2/с. Стандартом на дизельное топливо вязкость нормируется в достаточно широких пределах, что обусловлено различием углеводородного состава перерабатываемых нефтей. Попытки ограничить вязкость топлива в узких пределах приведут к сокращению ресурсов его производства, так как потребуется снизить температуру конца кипения топлива. В зарубежных стандартах кинематическая вязкость нормируется обычно при 40, в то время как отечественные ГОСТ и ТУ регламентируют вязкость при 20 °С.

Ниже приведена кинематическая вязкость V, мм2/с, среднедистил- лятных топлив при 20 и 40 °С:

Таблица 1.

При 20	При40		При 20	При40
2,8	2,0		9,2	5,5
3,7	2,5		10,5	6,0
4,6	3,0		11,6	6,5
5,5	3,5		12,4	7,0
6,4	4,0		13,4	7,5
7,3	4,5		14,4	8,0
8,2	5,0



Из всех классов углеводородов наименьшая вязкость у алифатических. Эти же углеводороды в меньшей степени изменяют свою вязкость при охлаждении, т.е. имеют наиболее пологую вязкостно-температурную кривую. Алифатические углеводороды разветвленного строения, имеющие в боковых цепях два-три атома углерода, обладают более высокой вязкостью и при охлаждении она изменяется более резко, чем у углеводородов нормального строения. Присутствие двойной связи снижает вязкость алифатического углеводорода. Ароматические и нафтеновые кольца в молекуле углеводорода повышают вязкость и ухудшают вязкостно-температурную зависимость. Бициклические углеводороды при одинаковой молекулярной массе с моноциклическими имеют не только более высокую вязкость, но и более крутую кривую зависимости вязкости от температуры.

Хотя вязкость дизельных топлив при понижении температуры и повышается (табл. 1.26), поведение топлива, как правило, продолжает подчиняться закону Ньютона (вязкость не зависит от градиента сдвига) вплоть до выпадения кристаллов твердых углеводородов.

На процессы испарения и смесеобразования оказывают влияние также поверхностное натяжение и давление насыщенных паров, которые зависят от углеводородного и фракционного состава топлива. С утяжелением фракционного состава поверхностное натяжение увеличивается. Межфазное поверхностное натяжение наиболее массового летнего дизельного топлива, определенное с помощью тензометра ВН 5504 (погрешность измерения ±0,5 мН/м) при температуре 20 °С, составляет: образец 1 -- 40,3 мН/м; образец 2 3,3 мН/м.

При других температурах поверхностное натяжение может быть рассчитано по формуле:

Qt=Q0-K(t-t0),

где Qt и Q0-- поверхностное натяжение, соответственно рассчитанное и найденное экспериментально; t и t0 -- температуры, при которых поверхностное натяжение рассчитывается и определяется экспериментально; К-- постоянная, равная 0,10.

Давление насыщенных паров дизельных топлив невелико и составляет для стандартного летнего дизельного топлива примерно 25 кПа при 40°С или 55 кПа при 60 °С.

Цвет является показателем, позволяющим достаточно быстро определить наличие в топливе более тяжелых фракций или присутствие негидроочищенных дистиллятных фракций вторичных процессов, которые оказывают отрицательное влияние на стабильность нефтепродуктов. Цвет дизельного топлива определяют по ГОСТ 20284--74, ASTM D 1500, ISO 2049, DIN 51411. Существуют номо1раммы перевода цвета единиц ЦНТ в NPA.

Плотность относят к числу наиболее распространенных показателей, которые применяют для характеристики нефтепродуктов, она является исходной величиной для выполнения большинства инженерных расчетов. В отечественных стандартах плотность нормируется при 20°С: для летнего дизельного топлива -- не более 860 кг/м3, зимнего -- не более 840 кг/м3, арктического -- не более 830 кг/м3.

В зарубежных стандартах пределы плотности устанавливают в основном при 15 "С. Так, европейский стандарт EN-590 предусматривает следующие плотности: для летних топлив 820--860, для зимних топлив 800-840 (845) кг/м3.

Пересчет плотности в и наоборот можно провести по формуле

= -5б - в

Значения поправок б и в приведены в табл. 1.2.



Значения поправок аир для пересчета плотности

Плотность	б	в	Плотность	б	в
0,6900-0,6999	0,000910	0,0009	0,8500-0,8599	0,000699	0,0013
0,7000-0,7099	0,000897	0,0009	0,8600-0,8699	0,000686	0,0014
0,7100-0,7199	0,000884	0,0009	0,8700-0,8799	0,000673	0,0014
0,7200-0,7299	0,000810	0,0010	0,8800-0,8899	0,000660	0,0014
0,7300-0,7399	0,000857	0,0010	0,8900-0,8999	0,000647	0,0015
0,7400-0,7499	0,000844	0,0010	0,9000-0,9099	0,000633 .	0,0015
0,7500-0,7599	0,000831	0,0010	0,9100-0,9199	0,000620	0,0015
0,7600-0,7699	0,000818	0,0011	0,9200-0,9299	0,000607	0,0015
0,7700-0,7799	0,000805	0,0011	0,9300-0,9399	0,000594	0,0016
0,7800-0,7899	0,000792	0,0011	0,9400-0,9499	0,000581	0,0016
0,7900-0,7999	0,000778	0,0012	0,9500-0,9599	0,000567	0,0016
0,8000-0,8099	0,000765	0,0012	0,9600-0,9699	0,000554	0,0017
0,8100-0,8199	0,000752	0,0012	0,9700-0,9799	0,000541	0,0017
0,8200-0,8299	0,000738	0,0013	0,9800-0,9899	0,000528	0,0017
0,8300-0,8399	0,000725	0,0013	0,9900-1,0000	0,000515	0,0018
0,8400-0,8499	0,000712	0,0013

Из различных групп углеводородов наибольшей плотностью обладают ароматические, наименьшей -- парафиновые. Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение. Поэтому фракции с одинаковыми температурами начала и конца кипения, полученные из парафинистых нефтей, имеют меньшую плотность по сравнению с аналогичными фракциями из нефтей нафтенового основания или из нефтей, содержащих значительную часть ароматических углеводородов.

Плотность отечественных дизельных топлив находится в довольно широких пределах, так как зависит не только от качества перерабатываемой нефти, но и от технологии получения топлива (табл. 1.28).

Плотность отечественных дизельных топлив

Плотность при 20, кг/м9	Марка топлива
	летнее	зимнее	арктическое
Фактические значения Наиболее типичные значения	802-875 830-850	792-847 800-830	790-830 800-820

Низкотемпературные свойства характеризуются такими показателями, как температура помутнения tп, предельная температура фильтруемое™ tпр.ф и температура застывания tзаст, последняя определяет условия складского хранения топлива, tп и tnp.ф -- условия применения топлива, хотя в практике известны случаи использования топлив при температурах, приближающихся к tзаст. Для большинства дизельных топлив разница между tп и tзаст составляет 5--7 °С. В том случае, если дизельное топливо не содержит депрессорных присадок, tnp.ф равна или на 1--2 °С ниже tп. Для топлив, содержащих депрессорные присадки, tnp.ф на 10 °С и более ниже tп.

В дизельных топливах содержится довольно много углеводородов с высокой температурой плавления. Для всех классов углеводородов справедлива закономерность: с ростом молекулярной массы, а следовательно, и температуры кипения повышается температура плавления углеводородов. Однако весьма сильное влияние на температуру плавления оказывает строение углеводорода. Углеводороды одинаковой молекулярной массы, но различного строения могут иметь значения температур плавления в широких пределах.

Наиболее высокие температуры плавления имеют парафиновые углеводороды с длинной неразветвленной цепью углеводородных атомов. Ароматические и нафтеновые углеводороды плавятся при низких температурах (кроме бензола, п-ксилола), однако эти углеводороды, но с длинной неразветвленной боковой цепью, плавятся при более высоких температурах. По мере разветвления цепи парафинового углеводорода или боковой парафиновой цепи, присоединенной к ароматическим или нафтеновым кольцам, температура плавления углеводородов снижается.

Исследования показали, что при охлаждении дизельных топлив в первую очередь выпадают парафиновые углеводороды нормального строения. При этом температура помутнения топлива не зависит от суммарного содержания в нем н-парафиновых углеводородов. Так, при практически одинаковом содержании н-парафиновых углеводородов температуры помутнения различных фракций заметно различаются:

Суммарное содержание н-парафиновых углеводородов, % 27,4 27,5 27,1

Фракция,_____________________________210-220 250-260 260-270

Температура помутнения, ________________________-51 -30 -23

На температуру помутнения влияет состав н-парафиновых углеводородов. Добавка даже небольшого количества высокоплавких н-парафиновых углеводородов приводит к резкому ее повышению:

Парафиновые углеводороды , % (мас. доля)________ 0 5 10

Температура помутнения,____________________________-35 -20 -15

В состав н-парафиновых углеводородов дизельных топлив входят парафины длиной цепи С6-С27 (для летнего топлива) и парафины с длиной цепи С6-С19 (для зимнего топлива) (табл. 1.28).

Для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания зимние топлива получают облегчением фракционного состава. Так, для получения дизельного топлива с = -35 °С и tn = -25 °С требуется понизить температуру конца кипения топлива с 360 до 320 °С, а для топлива с /мст = -45 "С и tn = -35 °С -- до 280 °С, что приводит к снижению отбора дизельного топлива от нефти с 42 до 30,5 и 22,4 % соответственно (табл. 1.29).

Сократить потери при производстве зимнего дизельного топлива можно введением в топливо депрессорных присадок (в сотых долях процента). Добавка депрессорных присадок позволяет снизить предельную температуру фильтруемости на 10--15 °С и температуру застывания на 15--20 "С. Введение присадок не влияет на t топлива. Это связано с

Состав н-парафиновых углеводородов, %

Дизельное топливо по ГОСТ 305-82	С.-С "и	С -С	CL-CL "a "at	ВышеСа	Всего
Летнее	19,3	53,2	26,2	1,3	100
Зимнее	95,9	4,1	-	-	100



Характеристики дизельных топлив с различными низкотемпературными свойствами*

Показатели	Фракции, "С
	160-280	160-320	160-350	160-370	160-390	180-350	180-370
Выход на нефть, % (мае. доля)	22,4	30,5	35,9	39,2	42,0	32,2	35,5
Фракционный состав: начало кипения, °С	188	190	192	194	197	210	21 f
перегоняется при температуре, °С: 10 % (об. доля)	198	201	203	205	211	228	227
50% (об. доля)	226	245	258	265	274	212	275
90% (об. доля)	260	295	320	336	354	327	340
96 % (об. доля)	267	305	330	346	358	337	345
98 % (об. доля)	273	306	332	347	362	338	347
Плотность при 20 "С, кг/м3	823	832	837	841	844	842	846
Кинематическая вязкость, при 20 °С,	2,47	3,02	3,77	4,31	4,73	4,35	5,06
мм7с
Температура, °С: застывания	-47	-35	-30	-19	-13	-22	-14
помутнения	-38	-28	-17	-11	-6	-13	-50
Топливо	3 (-45'С)	3 (-35 °С)	Л	Л	Л	Л	Л

* Данные получены при разгонке на приборе АРН нефти трубопровода «Дружба»

механизмом действия депрессорных присадок, заключающемся в модификации структуры кристаллизующихся парафинов, уменьшении их размеров. При этом общее количество н-парафиновых углеводородов не снижается. Последнего можно достичь лишь в результате депарафинизации (цеолитной, карбамидной, каталитической) топлива.

Низкотемпературные свойства дизельных топлив с депрессорными присадками спецификациями всех стран оцениваются двумя показателями -- tB и / ф. По ГОСТ 305--82 для топлива без депрессора низкотемпературные свойства регламентируют по t^ и tn. Разность между tant ф не должна превышать 10 °С. При снижении температуры топлива ниже температуры его предельной фильтруемосги или в случае, когда t . -- t составляет более 10 °С, в топливе накапливается такое количество кристаллов парафинов, что они не могут находиться длительное время во взвешенном состоянии. Значительная часть их оседает на дно емкости, что затрудняет использование топлива.

Нередки случаи, когда для снижения температуры застывания на местах применения используют смеси леших сортов дизельных топлив с реактивным топливом или бензином. При разбавлении дизельных топлив более низкокипящими компонентами приходится использовать значительное (до 80 %) количество разбавителя (табл. 1.30), что, в свою очередь, отражается на повышении износа двигателей и снижении цетанового числа.

Степень чистоты дизельных топлив. Этот показатель определяет эффективность и надежность работы двигателя, особенно топливной аппаратуры. Для плунжеров и гильз топливных насосов зазоры составляют 1,5--4,0 мкм. Частицы загрязнений, размер которых более 4,0 мкм, вызывают повышенный износ деталей топливной аппаратуры, что предопределяет и соответствующие требования к очистке топлива.

Чистоту топлива оценивают коэффициентом фильтруемости по ГОСТ 19006--73, который представляет собой отношение времени фильтрования через фильтр из бумага БФДТ при атмосферном давлении десятой порции фильтруемого топлива к первой. На фильтруемость топлива влияет наличие воды, механических примесей, смолистых веществ, мыл нафтеновых кислот. В товарных дизельных топливах содержится, в основном, растворенная вода от 0,002 до 0,008 % (гадрвд- кальциевый метод определения), которая не влияет на коэффициент фильтруемости. Нерастворенная в топливе вода -- 0,01 % и более -- приводит к повышению коэффициента фильтруемости. Однако влияние этого фактора неоднозначно. Присутствие в топливе поверхностно- активных веществ мыл нафтеновых кислот, смолистых соединений усугубляет отрицательное влияние эмульсионной воды на фильтруемость топлив. Достаточно (15--20) 10 4 % мыл нафтеновых кислот, образующихся при защелачивании топлив, чтобы коэффициент фильтруемости повысился с 2 до 5.

Содержание механических примесей в товарных дизельных топливах, выпускаемых нефтеперерабатывающими предприятиями, составляет 0,002--0,004 % (отсутствие по ГОСТ 6370--83). Это количество не отражается на коэффициенте фщьтруемости при исключении других отрицательных факторов. Коэффициент фильтруемости дизельных топлив, отправляемых с предприятий, находится в пределах 1,5--2,5.

Температура вспышки определяет пожароопасность топлива. Согласно ГОСТ 305--82 предусматривается выпуск топлива с температурой вспышки не ниже 40 °С -- для дизелей общего назначения и не ниже 62 °С -- для тепловозных и судовых дизелей. Температура вспышкй является функцией содержащихся в топливе низкокипящих фракций (рис. 1.11). Повысить температуру вспышки дизельного топлива можно, повысив температуру начала кипения, а следовательно, снизив отбор топлива от нефти.

Коррозионная агрессивность. Стандартами на дизельные топлива регламентируются следующие показатели качества, характеризующие их коррозионную агрессивность: содержание общей серы, содержание меркащановой веры и сероводорода, водорасворимых кислот и щелочей, испытание на медной пластинке.

Современная технология получения дизельных топлив практически исключает возможность присутствия в них элементной серы и сероводорода в количествах, вызывающих коррозионное воздействие на металлы. Отсутствие элементной серы и сероводорода надежно контролируется испытанием на медной пластинке. Топливо выдерживает эти испытания, если содержание свободной серы не выше 0,0015 %, сероводорода не более 0,0003 %.

Общее содержание серы мало характеризует коррозионную агрессивность топлива по отношению к металлам. При увеличении содержания серы с 0,18 до 1,0 %, но незначительном повышении содержания меркаптановой серы с 0,005 до 0,009 %, коррозионная агрессивность топлива почти не изменяется.

Большое влияние на коррозионную агрессивность дизельных топлив оказывает глубина их гидроочистки, так как при этом вместе с сернистыми и ароматическими соединениями удаляются поверхностно- активные вещества, в результате чего ухудшаются защитные свойства топлив. Удаление поверхностно-активных веществ приводит к снижению способности топлива вытеснять влагу с поверхности металлов и образовывать защитную пленку.

Коррозионная агрессивность дизельных топлив, в основном, зависит от содержания меркаптановой серы. Так, повышение содержания меркаптановой серы с 0,01 % (норма ГОСТ) до 0,06 % увеличивает коррозию более чем в 2 раза.

Коррозионная активность меркаптановой серы в дизельном топливе существенно зависит от присутствия в нем свободной воды и растворенного кислорода, которые ускоряют процесс образования меркашидов.

Прямогонные дизельные топлива обладают более высокими защигаьвш свойствами по сравнению с щцроочищенными. Сравнительно низкими защитными свойствами обладает газойль каталитического крекинга.

Защитные свойства мало зависят от фракционного состава. Зимнее и летнее топлива, полученные по одинаковой технологии, обладают примерно одинаковыми защитными свойствами.

Причиной повышенной коррозии и износа является присутствие в топливе металлов. В табл. 1.31 приведены данные о содержании металлов в товарных дизельных топливах. Считают, что при содержании V > 510"4 % и Na > 20-10 4 % срок службы лопаток газовых турбин снижается в 2--3 раза.

Противоизносные свойства. Топлива являются смазочным материалом для движущихся деталей топливной аппаратуры быстроходных дизелей, пар трения плунжерных топливных насосов, запорных игл, штифтов и других деталей.

Смазывающие свойства топлив значительно хуже, чем у масел, так как и вязкость, и содержание поверхностно-активных веществ (ПАВ) в топливах меньше, чем их содержание в маслах. Противоизносные свойства топлив улучшаются с увеличением содержания ПАВ, вязкости и температуры выкипания.

Содержание металлов в дизельных топливах (х10" %), полученных на различных предприятиях

Номер образца	V	М	Fe	Си	№	Са	А|	Na	Mo
,,, 1	<0,5	<0,3	0,35	<0,07	<0,3	0,15	<0,7	0,08	<0,3
2	<0,5	<0,3	0,35	<0,07	0,2	0,1	<0,7	0,02	<0,3
3	<0,5	<0,3	0,55	0,07	0,2	0,17	<0,7	0,18	0,3
4	<0,5	<0,3	0,35	0,07	0,2	0,3	<0,7	0,15	' <0,3
5	<0,5	<0,3	0,35	<0,07	0,3	0,3	<0,7	0,12	<0,3
6	<0,5	<0,3	0,4	<0,07	0,3	<0,15	<0,7	<0,07	<0,3
7	<0,5	<0,3	0,4	0,06	0,2	0,12	<0,7	' <0,07	<0,3
8	0,3	1,3	0,45	<0,07	0,3	0,1	<0,7	<0,07	<0,3
9	<0,5	<0,1	0,3	0,06	0,35	<0,15	<0,7	<0,07	<0,3
10	<0,5	<0,1	0,3	0,06	1,0	0,07	<0,7	0,2	<0,3
11	<0,1	<0,1	0,3	<0,1	0,6	<0,1	-	0,05	<0,3

В связи с ужесточением требований к качеству дизельных топлив по содержанию серы и переходом на выработку экологически чистых топлив, гидроочистку их проводят в жестких условиях. При этом из дизельных топлив удаляются соединения, содержащие серу, кислород и азот, что негативно влияет на их смазывающую способность. Наиболее реальным способом улучшения смазывающих свойств дизельного топлива является применение противоизносных присадок.

Химическая стабильность. Химическая стабильность дизельного топлива -- способность противостоять окислительным процессам, протекающим при хранении. Эта проблема возникла с углублением переработки нефти и вовлечением в состав товарного дизельного топлива среднедистиллятных фракций вторичной переработки нефти, таких, как легкого газойля каталитического крекинга, висбрекинга, коксования. Последние обогащены ненасыщенными углеводородами, включая диолефины и дициклоолефины, а также содержат значительное количество сернистых, азотистых и смолистых соединений. Наличие гетероатомных соединений, особенно в сочетании с ненасыщенными углеводородами, способствует их окислительной полимеризации и поликонденсации, тем самым влияя на образование смол и осадков. Самыми сильными промоторами смоло- и осадкообразования являются азотистые и сернистые соединения.

Химическая стабильность оценивается по количеству образовавшегося в топливе осадка (мг/100 мл) no ASTM D 2274. Легкий газойль каталитического крекинга (ЛГКК) по химической стабильности сущест венно уступает прямошнным или гидроочищенным дистиллятным фракциям:

Содержание ЛГКК 43/107 в топливе, %_____0 10 20 30 40 100 норма

Норма Осадок, мг/100 мл________________1,2 5,5 7,2 8,9 10,3 21,5 <2,0

Ассортимент, качество и состав дизельных топлив

Нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается дизельное топливо по ГОСТ 305--82 трех марок (табл. 1.32): JI -- летнее, применяемое при температурах окружающего воздуха 0 "С и выше; 3 -- зимнее, применяемое при температурах до -20 °С (в этом случае зимнее дизельное топливо должно иметь t < -35 °С и t < -25 "С), или зимнее, применяемое при температурах до -30 °С, тогда топливо должно иметь /аст < -45 °С и tn <-35 °С), марки А -- арктическое, температура применения которого до -50 °С. Содержание серы в дизельном топливе марок JI и 3 не превышает 0,2 % -- для I вида топлива и 0,5 -- для II вида топлива, а марки А -- 0,4 %. Для удовлетворения потребности в дизельном топливе разрешаются по согласованию с потребителем выработка и применение топлива с температурой застывания 0 °С без нормирования температуры помутнения.

В соответствии с ГОСТ 305--82 принято следующее условное обозначение дизельного топлива: летнее топливо заказывают с учетом содержания серы и температуры вспышки (JI-0,2-40), зимнее -- с учетом содержания серы и температуры застывания (3-0,2-минус 35). В условное обозначение на арктическое дизельное топливо входит только содержание серы: А-0,2.

Дизельное топливо (ГОСТ 305--82) получают компаундированием прямогонных и гидроочшценных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. В качестве сырья для гидроочистки нередко используют смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от перерабатываемой нефти колеблется в пределах 0,8--1,0 % (для сернистых нефтей), а содержание серы в щдроочищенном компоненте -- от 0,08 до 0,1 %.

Дизельное экспортное топливо (ТУ 38.401-58-110--94) -- вырабатывают для поставок на экспорт, содержание серы 0,2 % (табл. 1.33). Исходя из требований к содержанию серы, дизельное экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракций. Для оценки его качества по требованию заказчиков определяют дизельный индекс (а не цетановое число, как принято ГОСТ 305--82). Кроме того, вместо определения содержания воды и коэффициента фильтруемое™ экспресс-методом устанавливают прозрачность топлива при температуре 10 °С.

Характеристики дизельного топлива (ГОСТ 305-82)

Показатели	Норма для марок
	Л	3	А
Цетановое число, не менее	, 45	45	45
Фракционный состав:
50 % перегоняется при температуре, 'С, не выше	280	280	255
90 % перегоняется при температуре (конец перегонки),
X, не выше	360	340	ззЬ
Кинематическая вязкость при 20 'С, мм2/с	3,0-6,0	1,8-5,0	1,5-4,0
Температура застывания, 'С, не выше, для климатической		* i
зоны:
умеренной	-10	-35	¦ -
холодной	-	-45	-55
Температура помутнения, °С, не выше, для климатической
зоны:
умеренной	-5	-25	-
холодной	-	-35	-
Температура вспышки в закрытом тигле, "С, не ниже:
для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин	62	40	35
для дизелей общего назначения	40	35	30
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида1	0,20	0,20	0,20
веда II	0,50	0,50	0,40
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,01	0,01	0,01
Содержание фактических смол, мг/100 см3 топлива,	40	30	30
не более
Кислотность, мг КОН/100 см3 топлива, не более	5	5	5
Йодное число, г lj/100 г топлива, не более	6	6	6
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более	0,20	0,30	0,30
Коэффициент фильтруемости, не более	3	3	3
Плотность при 20 *С, кг/м3, не более	860	840	830

Примечание. Для топлив марок Л, 3, А: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды -- отсутствие, испытание на медной пластинке-- выдерживают.

Характеристики дизельного экспортного топлива (ТУ 38.401-58-110-94)

Показатели	Норма для марок
	ДЛЭ	ДЗЭ
Дизельный индекс, не менее	53	53
Фракционный состав: перегоняется при температуре, "С, не выше:
50%	280	280
90%	340	330
96%	360	360
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с	3,0-6,0	2,7-6,0
Температура, вС:
застывания, не выше	-10	-35
предельной фильтруемости, не выше	-5	-25
вспышки в закрытом тигле, не ниже	65	60
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида 1	0,2	0,2
видаН	0,3
Испытание на медной пластинке	Выдерживает
Кислотность, мгКОН/100 см3топлива, не более	3,0	3,0
Зольность, %, не более	0,01	0,01
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более	0,2	0,2
Цвет/ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0
Содержание механических примесей	Отсутствие
Прозрачность при температуре 10 °С	Прозрачно
Плотность при 20 "С, кг/м3, не более	860	845

Зимние дизельные топлива с депрессорными присадками. С 1981 г. вырабатывают зимнее дизельное топливо марки ДЗп по ТУ 38.101889-- 81 (табл. 1.34). Получают его на базе летнего дизельного топлива с tn = = -5 °С. Добавка сотых долей присадки обеспечивает снижение предельной температуры фильтруемости до -15 °С, температуры застывания до -30 °С и позволяет использовать летнее дизельное топливо в зимний период времени при температуре до -15 °С.

Для применения в районах с холодным климатом при температурах -25 и -45 °С вырабатывают топлива по ТУ 38.401-58-36--92. Согласно техническим условиям получают две марки топлива: ДЗп-15/-25 (базовое дизельное топливо с температурой помутнения -15 °С, товарное --- с предельной температурой фильтруемости -25 °С) и арктическое дизельное топливо ДАп-35/-45 (базовое топливо с температурой помутнения -35 °С, товарное -- с предельной температурой фильтруемости -45 °С).

Характеристики зимних дизельных топлив с депрессорными присадками

Показатели	Нормы для марок
	ДЗп	ДЗП-15/-25	ДАП-35/-45
	ТУ 38.101889 -81	ТУ 38.401-58-36-92
Цетановое число, не менее	45	45	40
Фракционный состав:
перегоняется при температуре, °С, не выше:
50%	280	280	280
90 % (конец перегонки)	360	360 4	340
Кинематическая вязкость для дизелей общего	3,0-6,0	1,8-6,0	1,5-5,0
назначения при 20 °С, мм2/с
Температура, °С, не выше:
застывания	-30	-35	-55
помутнения.	-5	-15	-35
предельной фильтруемости	-15	-25	-45
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже:
для дизелей общего назначения	40	40	35
для тепловозных и судовых дизелей	62	35	30
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I	0,2	0,2	0,2
вида II	0,5	0,5	0,4
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более	0,01	0,01	0,01
Концентрация фактических смол, мг/100 см3 базового	40	-	-
топлива, не более
Кислотность, мг КОН/ЮО см3 топлива, не более	5	5	5
Йодное число, г 1^100 г топлива, не более	6	5	5
* Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более	0,3	0,2	0,2
Коэффициент фильтруемости, не более:
для базового топлива	2,0	-	-
для топлива с присадкой	3,0	3,0	3,0
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более	860	860	840
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0

Примечание. Для топлив всех марок: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды -- отсутствие; испытание на медной пластинке -- выдерживают.

Экологически чистое дизельное топливо выпускают по ТУ 38.1011348--89. Технические условия предусматривают выпуск двух марок летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) дизельного топлива с содержанием серы до 0,05 % (вид I) и до 0,1 % (вцц II).

С учетом ужесточающихся требований по содержанию ароматических углеводородов введена норма по этому показателю: для топлива марки ДЛЭЧ-В -- не более 20 %, для топлива марки ДЗЭЧ -- не более 10 % (табл. 1.35). Экологически чистые топлива вырабатывают гидроочисткой дизельного топлива, допускается использование в сырье щдроочистки дистиллятаых фракций вторичных процессов.

Городское дизельное топливо (ТУ 38.401-58-170--96) предназначено для использования в г. Москве (табл. 1.36). Основное отличие городского дизельного топлива от экологически чистого -- улучшенное качество благодаря использованию присадок (летом -- антидымной, зимой

Характеристики экологически чистого дизельного топлива (ТУ 38.1011348-90)

Показатели	Нормы для марок
	ДЛЭЧ-В	ДЛЭЧ	ДЗЭЧ
Цетановое число, не менее	45	45	45
Фракционный состав:
перегоняется при температуре, °С, не выше:
5gJ36	280	280	280
л 96 % (конец перегонки)	360	360	340
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с	3,0-6,0	3,0-6,0	1,8-5,0
Температура, вС, не выше:
застывания	-10	-10	-35
предельной фильтруемости	-5	-5	-25
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже:
для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин	40	40	35
для дизелей общего назначения	62	62	40
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:
вида I	0,05	0,05	0,05
вида II	0,1	0,1	0,1
Испытание на медной пластинке	Выдерживает
Кислотность, мг КОН/100 см3 топлива, не более	5,0	5,0	5,0
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10%-ного остатка, %, не более	0,2	0,2	0,2
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0
Содержание механических примесей и воды		Отсутствие
Плотность при 20 *С, кг/м3, не более	860	860	840
Содержание ароматических углеводородов, %, не более	20	-	10

Характеристики дизельного топлива с улучшенными экологическими свойства городского) по ТУ 38.401 -58-170-96

Показатели	Нормы для марок
	ДЭК-Л	ДЭК-3	ДЭКп-Л	ДЭКп-З, минус 15*С	ДЭКп-З, минус 20*С
Цетановое число, не менее	49	45	49	45	45
Фракционный состав: перегоня
ется при температуре, °С,
не выше:
50%	280	280	280	280	280
96% (конец перегонки)	360	340	360	зЬо	360
Кинематическая вязкость при 20 °С,	3,0-^р	1,8-5,0	3,0-6,0	1,8-6,0	1,8-6,0
мм7с
Температура, °С, не выше:
застывания	-10	-35	-10	-25	-35
предельной фильтруемости	-5	-25	-5	-15	-25
Температура вспышки, опреде
ляемая в закрытом тигле, °С,
не ниже:
для тепловозных и судовых
дизелей и газовых турбин	62	40	62	40	40
для дизелей общего назначения	40	35	40	35	35
Массовая доля серы, %,
не более, в топливе:
вида I	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
видаН	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
Массовая доля меркаптановой	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
серы, %, не более
Кислотность, мг КОН/100 см3	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
топлива, не более
Йодное число, г12/100гтоплива	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,04	0,04	0,04
Коксуемость 10%-ного остатка,	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
%, не более
Коэффициент фильтруемости	2	2	2	2	2
(до введения присадки
в топливо), не более
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
Плотность при 20 "С, кг/м3, не более	860	860	860	860	860

Примечание. Для дизельных топлив всех марок: содержание сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды -- отсутствие; испытание на медной пластинке--выдерживают.

— антидымной и депрессорной). Добавка присадок в городское дизельное топливо снижает дымность и токсичность отработавших газов дизелей на 30-50 %. В качестве антидымной присадки могут быть использованы отечественная ЭФАП-Б и зарубежная Любризол 8288, допущенные к применению. Активным веществом этих продуктов является барий.

Депрессорные присадки, улучшающие низкотемпературные свойства топлива представляют собой, в основном, сополимеры этилена с винилацетатом зарубежного производства.

Европейский стандарт EN 590 действует в странах Европейского экономического сообщества с 1996 г. Стандарт предусматривает выпуск дизельных топлив для различных климатических регионов. Общими для дизельных топлив являются требования по температуре вспышки

— не ниже 55 °С, косуемости 10 %-ного остатка -- не более 0,30 %, зольности -- не более 0,01 %, содержанию воды -- не более 200 ррт, механических примесей -- не более 24 ррт, коррозии медной пластинки

— класс 1, устойчивости к окислению -- не более 25 г осадка/м3.

Для районов с умеренным климатом изготовляют 6 марок дизельного топлива: А, В, С, D, Е и F с предельной температурой фильтру- емодги 4-5, 0, -5, -10, -15 и -20 °С соответственно.

Для районов с холодным климатом предусмотрен выпуск пяти классов дизельного топлива со следующими низкотемпературными свойствами:

Класс________________________________________________0 1 2 3 4

Температура помутнения, °С, не выше_____________-10 -16 -22 -28 -34

Предельная температура фильтруемости, °С, не выше-20 -26 -32 -38 -44

В 1996 г. в Европе введены ограничения на содержание серы в дизельных топливах -- не более 0,05 %. Таким требованиям отвечают отечественные ТУ 38.1011348-89.

Котельные, тяжелые моторные, газотурбинные, судовые и печное топлива

Котельные топлива применяют в стационарных паровых котлах, в промышленных печах. Тяжелые моторные и судовые топлива используют в судовых энергетических установках. К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100, вырабатываемые по ГОСТ 10585-- 75, к тяжелым моторным топливам -- флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 по ГОСТ 10585-75, моторные топлива ДТ и ДМ -- по ГОСТ 1667-68. К судовым топливам относят дисщрятное топливо ТМС по ТУ 38.101567-- 87 и остаточные топлива СВТ, CBJI, СВС по ТУ 38.1011314-90.

В общем балансе перечисленных топлив основное место занимают Мазуты нефтяного происхождения. Жидкие котельные топлива из сланцев, получаемые на установках полукоксования горючих сланцев и угля, -- продукты коксохимической промышленности -- составляют лишь небольшую долю общего объема производства топлив.

Нефтяное топливо для газотурбинных установок предназначено для применения в стационарных паротурбинных и парогазовых энергетических установках, а также в газотурбинных установках водного транспорта. Газовые турбины являются относительно новым видом теплового двигателя. Благодаря стоим специфическим свойствам, таким как сравнительно малая масса на единицу мощности, способность к быстрому запуску и работе без охлаждающей жидкости, возможность полной автоматизации и дистанционного управления, газовые турбины получили широкое применение в авиации, а затем в различных отраслях промышленности и транспорта. Их используют также для покрытия пиков нагрузки на электрических станциях. Общей тенденцией газотурбостроения является увеличение КПД и мощности установок путем повышения температуры газов перед турбиной. Это определяет требования к качеству топлива.

Печное бытовое топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой Мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей.

Котельные, тяжелые моторные и судовые топлива

Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных и судовых топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность.

Свойства

Вязкость. Эта техническая характеристика является важнейшей для котельных и тяжелых моторных топлив. Она определяет методы и продолжительность сливно-наливных операций, условия перевозки и камерах других типов, может оставаться на уровне 100-- 1 130 кг!см2. Экономичность этих двигателей (удельный расход топлива) приближается к экономичности двигателей с неразделенной камерой.

Экономичность всякого двигателя зависит от величины его тепловых потерь. В двигателях с воспламенением от сжатия тепловые потери при прочих равных условиях зависят от величины 1 поверхности камеры сгорания и интенсивности ее охлаждения. I С этой точки зрения двигатели с неразделенной камерой находятся в самых благоприятных условиях и имеют поэтому минимальные удельные расходы топлива. За ними идут предкамерные и затем вихрекамерные двигатели.



ВОСПЛАМЕНЕНИЕ И СГОРАНИЕ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЕ

Процессы сгорания в двигателях с воспламенением от сжатия более сложны и менее исследованы, чем процессы сгорания 1 в двигателях с зажиганием искры. Вопрос этот значительно осложняется тем, что воспламенение дизельного топлива начинается не в одной, заранее известной определенной точке, а там, где температура и содержание кислорода наиболее благоприятны Я для протекания физико-химических процессов подготовки топлива перед его самовоспламёнением.

Как известно, в двигателе с искровым зажиганием процесс * I сгорания топлива разделяется на две фазы: 1) формирование § фронта пламени; 2) распространение пламени в рабочей среде.

Первая, более продолжительная фаза, в которую происходит образование активных центров, определяется химическим составом топлива, а также составом, температурой и давлением рабочей смеси. Вторая фаза, в течение которой происходит распространение пламени по объему, зависит в основном от формы камеры сгорания и турбулентности рабочей смеси. Обычно эта фаза характеризуется величиной кг/смЧ°, т. е. повышением давления на 1° поворота коленчатого вала.

В двигателе с воспламенением от сжатия процесс сгорания в общем случае может быть разделен на три фазы:

1) период задержки воспламенения, или период предварительного окисления топлива;

2) период быстрого сгорания, или период интенсивного нарастания давления;

3) период замедленного и регулируемого горения.

Впрыснутое в камеру горения топливо попадает в условия высоких давлений и температур. До воспламенения в нем происходят пирогенетическое разложение молекул с отщеплением атомов водорода, образование перекисей и другие процессы, протекающие с большой скоростью в исключительно малый отрезок времени, который приходится в быстроходном двигателе на смесеобразование, воспламенение и горение.

Продолжительность первой фазы, т. е. периода задержки воспламенения, зависит от химического состава топлива, тонкости его распыливания, а также от температуры и давления рабочей смеси. Сокращение этого периода может быть достигнуто применением топлива с повышенным цетановым числом или повышением степени сжатия, т. е. повышением давления и температуры воздуха к моменту впрыска топлива. Некоторый эффект может быть достигнут предварительным подогревом всасываемого воздуха.

Вторая фаза горения (период быстрого сгорания)- зависит от количества топлива, впрыснутого в цилиндр, а также от скорости распространения пламени, что в свою очередь связано с распределением топлива в воздухе, т. е. с однородностью рабочей смеси. Если в двигателе с воспламенением от искры в течение второй фазы сгорает все топливо, то в двигателе с воспламенением от сжатия сгорает только та часть топлива, которая поступила к этому моменту в цилиндр и равномерно перемешалась с воздухом.

Давление газов во второй фазе горения будет зависеть от продолжительности задержки воспламенения, т. е. от того, какое количество топлива успеет поступить в цилиндр до его воспламенения, а также от температуры, давления и качества рабочей смеси.

Третья фаза горения определяется количеством подаваемого по времени топлива. Сгорание топлива в этой фазе происходит вблизи поверхности испаряющихся капель при выходе их из сопла форсунки. Эта фаза сгорания будет проходить нормально только в том случае, если во второй фазе горения температура и давление в камере достигли определенного уровня. Для этой фазы горения очень большое значение имеет относительная скорость капель топлива и воздуха, повышение которой достигается высоким давлением впрыска и применением разделенных камер. В предкамере развиваются первая и вторая фазы горения. Под давлением, возникшем в предкамере во вторую фазу горения, пары и капли несгоревшего топлива выталкиваются в основную камеру с такой скоростью, какую невозможно создать механическим распылителем.

Помимо указанных выше трех основных фаз горения в двигателе с воспламенением от сжатия существует еще период догорания, т. е. горение, происходящее в процессе расширения, после того как в камеру сгорания прекратили поступать последние порции топлива. Эта фаза горения влияет на температуру и дымность выхлопа и в сильной степени зависит от вязкости, фракционного состава топлива и наличия в нем тяжелых и особенно смолистых хвостовых фракций.

На фиг. 12 представлена развернутая индикаторная диаграмма работы двигателя с воспламенением от сжатия. Здесь по оси абсцисс отложен угол поворота коленчатого вала, а по оси ординат -- давление в цилиндре. Во время хода сжатия приблизительно за 10--17° до в. м. т. топливо впрыскивается в цилиндр двигателя. На диаграмме это отмечено как начало впрыска. Воспламенение топлива происходит не сразу, а через какой-то промежуток времени, называемый периодом предварительного окисления, или периодом задержки воспламенения.