Дизельное и газовое топливо
Содержание темы по рабочей программе. Физико-химические основы материаловедения: дизельное топливо. Виды и свойства дизельных топлив. Марки, применение .Требования качеству дизельных топлив. Свойства дизельных топлив, методы измерения параметров и свойств: вязкость, помутнение и застывание дизельных топлив. Топливо для автомобилей с газобаллонными установками. Виды и свойства газовых топлив: сжиженных и сжатые углеводородные газов.
Дизельное топливо
Дизельное топливо (ДТ) — это тяжелые фракции нефти, основой которых являются углеводороды с высокой температурой кипения 200-350°С, то есть состоящий из смеси углеводородов определенных фракций. В дизельном топливе содержится в среднем 85,5—86,0% углерода, 12,5—13% водорода и других элементов 1-2%. Дизельное топливо сравнительно недавно вышло на позиции второго основного горючего для легковых автомобилей, хотя для ДВС сельскохозяйственных и строительных машин, тепловозов, судов, легковых автомобилей оно используется давно. Расход топлива в дизельном двигателе на 40 % меньше, а тяговое усилие, мощность, проходимость и безопасность выхлопных газов больше, чем в бензиновом.
Дизельное топливо должно удовлетворять следующим основным требованиям:
бесперебойно поступать в цилиндры дизеля в любых условиях эксплуатации;
образовывать в камере сгорания двигателя топливовоздушную смесь, способную своевременно воспламеняться и полностью сгорать;
обеспечивать мягкую, без стуков, работу дизельного двигателя;
не вызывать значительной коррозии деталей двигателя;
образовывать как можно меньше нагара на деталях двигателя;
не содержать механических примесей и воды.
Главные характеристики дизельного топлива:
цетановое число,
устойчивость к низким температурам,
предельная температура фильтруемости температура, при которой прохождение топлива через стандартный фильтр прекращается,
температура помутнения температура начала кристаллизации парафина,
температура застывания температура при которой ДТ теряет подвижность (уровень ДТ в пробирке, наклоненной под углом 45° остается неподвижным в течении минуты,
вязкость дизельных топлив, влияет на качество распыливания и смесеобразования, прокачиваемость, зависит от температуры, плотности ДТ и давления в системе.
температура воспламенения, зависит от фракционного состава, определяет уровень дымности и степень токсичности выхлопов,
плотность, влияет на эффективность подачи горючего по каналам топливной системы, его фильтрацию и распыление в форсунках, определяется при температуре +20°С,
коксуемость зависит от их химического состава, степени очистки, наличия смол в ДТ, определяется лабораторным методом: взвешиванием остатка пробы топлива после выпаривания,
содержание серы, определяет смазочные свойства топлива, однако повышенное содержание серы приводит к преждевременному появлению коррозии на деталях ДВС, быстрому накоплению нагара, повышенному уровню износа топливного насоса высокого давления, содержание серы в дизельном топливе допускается не более 1 %,
кислотность ДТ появляется в процессе производства и вызывает коррозию деталей двигателя и топливной аппаратуры, допускается кислотность не более 5 мг КОН на 100 мл, зольность ДТ содержание минеральных веществ, которые попадая между трущимися деталями, вызывает их износ, содержание золы определяют выпариванием топлива, механические примеси (частички песка, глины, окалины и кокса) засоряют фильтрующие элементы, вследствие чего нарушается нормальная работа топливной аппаратуры, их содержание не допускается,
вода в ДТ может содержится во взвешенном состоянии и в виде эмульсии, она понижает теплотворную способность топлива и вызывает коррозию топливной аппаратуры, поэтому она не должна содержаться в дизельном топливе.
Главный параметр дизельного топлива — цетановое число, характеризующее качество горючей смеси, численно равно объёмной доле цетана (С16Н34) в смеси с α-метилнафталином, когда эта смесь имеет тот же период задержки воспламенения, что и испытуемое топливо в тех же условиях. По цетановому числу определяют, как быстро происходит самовозгорание смеси в цилиндрах силового агрегата. Чем меньше цетановое число, тем больше требуется времени на возгорание. Следовательно, чем число больше, тем эффективнее будет работа двигателя. Если говорить по-другому, то цетановым числом отображается задержка по времени между поступлением смеси в цилиндры и зажиганием ее от сжатия.
Для ДВС легковых автомобилей оптимальное цетановое число дизеля 54-56 единиц. ДТ как с пониженным так и повышенным цетановым числом — нехорошо. Если этот показатель выше 60, то такое горючее не успевает сгорать в цилиндрах, следствие — чрезмерная дымность выхлопов, повышенный расход.
Основные (базовые) виды дизельного топлива: летнее, зимнее, арктическое.
Летнее дизтопливо (ДТЛ) предназначается для применения при температурах среды выше 0°С, так как ниже этой отметки оно начинает густеть. Цетановое число ДТЛ от 51 единиц и более, температура использования до +45°С. Плотность - 845-865 кг/м3, вязкость - 4-6 мм2/с, содержание серы - 0,2%. Недостатки ДТЛ: повышенная способность образования водяного конденсата, отслаивание воды и ее скопления внизу бака с топливом, что дает сбои в работе ДВС из-за появляющихся водяных пробок, которые блокируют топливную систему, а зимой эта влага замерзает и обездвиживает автомобиль даже при минимальном морозе.
Зимний дизель (ДТЗ) применяется в холодный период и в северных регионах до температур минус 30°С, цетановое число – от 48единиц, плотность 825-845 кг/м3, вязкость 1,9 - 4,9-5,0 мм2/с, содержание серы 0,5%.
Арктическое горючее (ДТА) сохраняет свойства до минус 55°С, цетановое число – от 40 единиц, плотность 760-820 кг/м3, вязкость 1,5-4,0 мм2/с, содержание серы 0,4%.
Использовать летнее горючее при температуре ниже допустимой нельзя. Состав дизельного топлива моментально парафинизируется и загустевает, топливный насос ДВС просто не будет работать или выйдет из строя, что потребует недешевый ремонт. Однако ДТЗ, ДТА летом допускается кратковременно использовать, при условии, если на данный момент нет летнего варианта горючего. При плюсовых температурах зимние марки ДТ негативно влияют на двигатель: появляется детонация, снижается мощность, увеличивается токсичность выхлопных газов.
Сжатые и сжиженные газы
Горючие газы, используемые в газобаллонных автомобилях, могут быть естественными и искусственными. Естественные (природные) газы добывают из подземных газовых или нефтяных скважин. Искусственные газы являются побочными продуктами, получаемыми на химических или металлургических заводах.
Для газобаллонных автомобилей в качестве топлива используют сжиженные углеводородные нефтяные и сжатые природные газы, жидкий метан и др. Наиболее широко применяют сжиженные газы, так как по сравнению с другими газами они имеют более высокие технико-экономические и санитарно-гигиенические показатели.
Газообразное топливо обеспечивает следующие преимущества:
более высокое октановое число, что позволяет значительно повысить степень сжатия, увеличив мощность и экономичность двигателя;
меньшее количество токсичных веществ в отработавших газах в результате лучшего сгорания газообразного топлива;
большой срок службы двигателей из-за отсутствия конденсации топлива и смыва масла со стенок цилиндров;
повышенный срок службы масла в двигателе, так как оно не разжижается топливом и меньше загрязняется механическими примесями;
большой срок службы свечей зажигания и глушителя шума системы выпуска вследствие незначительного нагарообразования.
Компримированный (сжатый) природный газ КПГ (CNG) — природный газ (метан (CH4), сжатый на компрессорной станции до давления 20МПа и сохранивший газообразное состояние. Компримирование газа производится на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС), куда газ поставляется от магистральных трубопроводов. Этот газ используется на легковых автомобилях, пассажирском и лёгком грузовом транспорте, коммунальной технике, так как имеет высокое октановое число, что позволяет повышать степень сжатия и мощность двигателя. Сжатые газы легче воздуха и при утечке не скапливается, а поднимается вверх, не создавая взрывоопасной смеси. Продукты сгорания этого газа - безвредные водяные пары. Запасы природного газа намного больше, чем нефти, что удешевляет его. Однако из-за большого давления хранят сжатые газы в высокопрочных баллонах, имеющих значительную массу и изготовленных из высококачественных сталей, что снижает грузоподъемность автомобилей на 15-20 % по сравнению с базовыми автомобилями и запас хода газобаллонных автомобилей, ниже запаса хода автомобилей, работающих на бензине и сжиженном газе в 1,5 -2 раза.
Сжиженные углеводородные газы СУГ (LPG) — смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от −50 до 0 °C. Эти газы переходят в жидкое состояние при нормальной температуре и давлении до 1,6 МПа. Предназначены для применения в качестве топлива и сырья для органического синтеза. Производятся СУГ в процессе ректификации широкой фракции лёгких углеводородов. Для газобаллонных автомобилей использование сжиженных газов предпочтительнее, чем сжатых.
В состав сжиженных газов входит смесь простых углеводородных соединений:
| этан | С2Н6 | содержатся в небольших количествах, нежелательны в составе в летнее время, полезны в зимний период для повышения давления насыщенных паров до необходимого для нормальной работы газовой установки автомобиля |
| этилен | С2Н4 |
| основные компоненты сжиженных газов |
| пропан | С3Н8 | наиболее пригодный компонент для сжиженных топлив, обладает высокими антидетонационными свойствами и достаточной упругостью паров во всем диапазоне окружающих температур |
| пропилен | С3Н6 | имеет сравнительно низкую детонационную стойкость и его содержание в газе должно быть ограничено |
| нормальный бутан | С4Н10 | высококалорийные и полноценные компоненты топлив, применение в чистом виде возможно только при положительных температурах, так как они не создают избыточного давления при температуре ниже 0 °С. |
| изобутан | С4Н10 (СН3)3СН |
| бутилен | I-C4H8 |
| изобутилен | И-С4Н8 |
К загрязняющим веществам в газах относятся:
| сера и ее соединения | находится в растворенном состоянии, при испарении выпадает в топливной аппаратуре, сужая проходные сечения газовых каналов и разрушая резинотехнические изделия; при сгорании в цилиндрах увеличивает токсичность отработавших газов |
| вода | содержится в свободном состоянии и в составе растворов, нежелательный компонент, особенно в зимнее время, создавая ледяные пробки в газовой магистрали, перекрывает подачу газа к двигателю |
| тяжелые углеводороды | с содержанием С6 скапливаются в виде неиспаряющегося осадка (конденсат) в газовой аппаратуре автомобиля и мембранах газового редуктора, что нарушает его работу |
| одоранты (этилмеркаптан С2Н2СН) | добавки, которые придают газу специфический запах, что позволяет определить наличие газа при концентрации 0,4—• 0,5% газа в воздухе. |
Свойства сжиженных газов определяют по параметрам отдельных углеводородов, входящих в смесь. К основным параметрам сжиженных газов относятся:
| давление насыщенных паров | различные углеводородные газы имеют разные давления насыщенных паров, поэтому давление паров смеси зависит от состава смеси и от температуры |
| плотность | этилен легче воздуха, остальные газы, входящие в сжиженное топливо тяжелее, что способствует скапливанию этих газов в низких местах (канавах, приямках), образуя взрывоопасную смесь |
| пределы воспламеняемости | характеризуют пожаро- и взрывобезопасность газов, нижний предел воспламеняемости характеризует минимальное содержание газа в воздухе, при котором может произойти воспламенение |
| октановое число | детонационная стойкость углеводородных газов, для большинства газов составляет 90—99 единиц, пропилен, бутилен имеют низкое октановое число и их содержание в сжиженном газе ограничивают. |
| низшая теплота сгорания |
|
| токсичность | сами углеводородные газы не вызывают отравления, но, смешиваясь с воздухом, уменьшают содержание кислорода в воздухе, что приводит человека к кислородному голоданию |
Газ не должен содержать механических примесей, воды, водорастворимых кислот, щелочей, смол и других загрязняющих веществ.
24 343
1 142 
