Виды топлив

Воспламеняемость  ДТ   характеризует его   способность к самовоспламенению в камере сгорания. 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 потлива с воздухом (физическая составляющая), а также времени, необходимого для завершения предпламенных реакций и формирование 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. В этом случае дизель работает «жестко».

«Жесткость» работы оценивают  по нарастанию давления на 1° поворота коленчатого вала (KB). Двигатель работает мягко при нарастании давления 2,5...5,0 кгс/см' на 1" поворота KB, жестко - при 6...9 кгс/см , очень жестко - при нарастании давления более 9 кгс/см². При жесткой работе поршень подвергается повышенному ударному воздействию. Это ведет к повышенному износу деталей кривошипно-шатунного механизма, снижает экономичность двигателя.

Склонность ДТ к самовоспламенению оценивают по цетановому числу (ЦЧ).

ЦЧ - это условный, показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный объемному  проценту цетана в эталонной смеси с альфаметилнафталином, которая равноценна, по воспламеняемости испытуемому топливу.

Для определения ЦЧ составляют эталонные смеси. В их состав входят цетан С|^Нз4 и а-метилнафталин СцНю. Склонность цетана к самовоспламенению принимают за 100 единиц, а альфаметилнафталина -за 0 единиц. Цетановое число смеси, составленной из них, численно равно процентному содержанию (по объему) цетана.

Оценку самовоспламеняемости ДТ производят аналогично методу оценки детонационной стойкости бензйнов. Образец сопоставляется с эталонными топливами на одноцилиндровых двигателях ИТ-9.

Самовоспламеняемость ДТ влияет на их склонность к образованию отложений, легкость пуска и работу двигателя. Для современных быстроходных дизелей применяются топлива с ЦЧ=45...50. Применение топлив с ЦЧ ниже 40 ведет к жесткой работе двигателя. Повышение ЦЧ выше 50 нецелесообразно, т.к. из-за малого периода задержки самовоспламенения топливо сгорает, не успев распространиться по всему объему камеры сгорания. При этом воздух, находящийся далеко от форсунки, не участвует в горении, поэтому топливо сгорает не полностью. Экономичность дизеля ухудшается, наблюдается дымление.

ЦЧ влияет на пусковые качества ДТ. При высоких ЦЧ время пуска снижается, особенно при низких температурах.

ЦЧ может быть повышено двумя способами: регулированием углеводородного состава и введением специальных присадок.

1-й способ. В порядке убывания ЦЧ углеводороды располагаются следующим образом: нормальные парафины - изопарафины - нафтены -ароматические.  ЦЧ  можно  существенно  повысить,  увеличивая концентрацию   нормальных   парафинов   и   снижая   содержание ароматических.

2-й   способ   более   эффективен.   Вводят   специальные кислородосодержащие присадки - органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты и др. Эти присадки являются сильными окислителями и способствуют зарождению и развитию процесса горения. Пример:

добавление 1% изопропилнитрата повышает ЦЧ на 10...12 единиц. Кроме того, эта присадка улучшает пусковые качества при низкой температуре и снижает нагарообразование.

Низкотемпературные  свойства.    При низких температурах высокоплавкие углеводороды,   прежде всего нормальные парафины, кристаллизуются. По мере понижения температуры дизельное топливо проходит через три стадии; вначале мутнеет, затем достигает так называемого предела фильтруемости и, наконец, застывает. Связано это с тем, что сначала в топливе появляются разрозненные кристаллы, которые оседают на фильтрах и ухудшают подачу топлива. При дальнейшем охлаждении   теряется   подвижность   нефтепродуктов   вследствие образования из кристаллизующихся углеводородов каркаса.

Показатели,     характеризующие     начало     кристаллизации углеводородов  в топливе и потерю их подвижности  стандартизованы.

Температурой  помутнения называют температуру, при которой топливо теряет прозрачность в результате выпадения кристаллов углеводородов и льда. Бесперебойная работа двигателя обеспечивается при температуре помутнения топлива на 5...10 °С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль.

Температурой  застывания называют температуру, при которой ДТ теряет подвижность, что определяют в стандартном приборе, наклоненном

под углом 45° к горизонтали, в течение 1 мин. Дизель работает бесперебойно при температуре застывания топлива на 5...10°С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль.

На нефтеперерабатывающих  заводах температуру помутнения и температуру застывания понижают удалением избытка высокоплавких  углеводородов (депарафинизация).

В эксплуатации такого же эффекта  добиваются добавлением реактивного  топлива. Например, при добавке 25% топлива Т-1 температура застывания летнего ДТ снижается на 8...12 °С.

Низкотемпературные свойства ДТ могут быть улучшены путем добавления присадок-депрессаторов (присадка "А", АзНИИ-ЦИАТИМ-1, полиметакрилат "Д").

Ассортимент ДТ:

•ДЛ - дизельное летнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже 0 "С;

•ДЗ - дизельное зимнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -30 "С;

•ДА - дизельное арктическое - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -50 "С.

По физическому состоянию  горючие газы делятся на две группы:

сжатые и сжиженные. Если критическая температура углеводородов ниже  обычных температур при эксплуатации автомобилей, то их применяют в сжатом виде, а если выше - то в сжиженном виде под давлением 1,5...2,0 МПа.

Требования к газообразным топливам:

•обеспечение хорошего смесеобразования;

•высокая калорийность горючей  смеси;

•отсутствие коррозии и  коррозионных износов;

•минимальное образование  отложений во впускном и выпускном  трактах;

•сохранение качества при  хранении и транспортировании;

•низкая стоимость производства и транспортирования.

Сжиженные газы. Основные компоненты - пропан СзНу, бутан С4Ню. Получают из попутных нефтяных газов, из газообразных фракций при переработке нефтепродуктов и   каменных углей. Поэтому они получили название сжиженных нефтяных газов. Для их обозначения часто используют аббревиатуру «СНГ».

Критические температуры  пропана (+97 "С) и бутана (+126 "С) выше температуры окружающей среды, поэтому  их легко можно перевести в  жидкое состояние. При +20 °С пропан сжижается при 0,716, а бутан - при 0,103 МПа.

СНГ хранят под давлением 1,6 МПа. Давление насыщенных парав СНГ изменяется от 0,27 МПа при -10 °С до 1,6 МПа при +45 °С. СНГ имеет высокий коэс})фициент теплового расширения. Повышение температуры на 1 °С влечет за собой рост давления в газовом баллоне на О,б...0,7 МПа, что может привести к его разрушению. Поэтому в баллонах предусматривается паровая подушка объемом не менее 10% полезной емкости.

Промышленность выпускает  СНГ для автомобилей двух марок:

•СПБТЗ - смесь пропана  и бутана техническая зимняя;

•СПБТЛ - ... летняя.

Таблица 1.1 Компонентный состав сжиженных нефтяных газов

Компоненты	Содержание компонентов (% массовые)
	СПБТЗ	СПБТЛ
Метан, этан и этилен Пропан и пропилен Бутан и бутилен	4 76 20	6 34 60

 

В состав  СНГ  добавляют  специальные вещества (одоранты), имеющие сильный запах, т.к. СНГ не имеет ни цвета не запаха, и обнаружить их утечку сложно. Для этой цели используют этилмеркаптан C2H4SH, имеющий резкий неприятный запах, который ощущается уже при концентрации 0,19 г на 1000 м³ воздуха.

Иногда утечку удается  определить на слух или с помощью  приборов.

Эксплуатационные свойства автомобилей с газовыми двигателями, работающими на СНГ, в сравнении с автомобилями, работающими на бензине, оцениваются следующим образом:

•пусковые качества до -5С равноценны; при более низких температурах запуск холодного двигателя затруднен;

•показатели динамичности автомобиля ухудшается на 5...8%;

•повышается мощность и  улучшается топливная экономичность  двигателей, так как детонационная  стойкость СНГ выше (04 выше 100 единиц), чем у бензина, и можно форсировать двигатель по степени сжатия;

•снижается токсичность  отработавших газов: по окиси углерода - в 3...4 раза, по окислам азота - в 1,2...2,0 раза, по углеводородам - в 1,2...1,4 раза;

•периодичность смены  масла увеличивается в 2,0...2,5 раза;

•межремонтный ресурс двигателя  увеличивается в 1,4...2,0 раза;

•трудоемкость ТО и Р возрастает на 3...5%,   но эти затраты перекрываются экономией от  увеличения  межремонтного ресурса двигателей.

В настоящее время выпускаются  газобаллонные автомобили двух типов: со специальными двигателями, предназначенными для работы на СНГ и имеющими резервную  систему питания для кратковременной  работы на бензине; с универсальными двигателями, допускающими работу как на СНГ, так и на бензине (у автомобилей этой группы мощность снижается примерно на 10%).

Сжатые  газы. Основные компоненты - метан СН», окись углерода СО и водород Нз. Получают из горючих газов различного происхождения -природных, попутных нефтяных, коксовых и других. Их называют сжатыми природными газами или СПГ. Содержание метана в СПГ составляет 40... 82%. Критическая температура метана составляет -82°С, поэтому без охлаждения СПГ перевести в жидкое состояние нельзя. Существует две марки СПГ - А и Б, которые отличаются содержанием метана и азота.

Газобаллонные установки  для СПГ рассчитаны на работу при  давлении 19,6 МПА. Баллоны для СПГ  изготавливаются толстостенными и имеют большую массу. Так, батарея из 8 50-литровых баллонов весит более 0,5 т. Следовательно, существенно снижается грузоподъемность автомобиля. Кроме того пробег автомобиля на одной заправке при работе на СПГ в 2 раза меньше, чем на бензине. Более перспективна криогенная технология хранения СПГ в сжиженном виде.

Метан легче воздуха, поэтому  при утечках скапливается в верхней  части помещения.

Метан имеет  высокую  детонационную  стойкость,  поэтому  двигатели можно форсировать  по степени сжатия.

СПГ воспламеняется в камере сгорания при температуре 635...645 °С, что значительно выше температуры воспламенения бензина. Это затрудняет пуск двигателя, особенно при низких температурах воздуха. В то же время по опасности воспламенения и пожароопасносности они значительно безопаснее бензина.

Преимущества СПГ перед  бензинами:

•повышается срок службы моторного  масла в 2,0...3,0 раза;

•увеличивается ресурс   двигателя   на   35...40%   вследствие отсутствия нагара на деталях  цилиндро-поршневой группы;

•увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания;

•на 90% снижается выброс вредных веществ с отработавшими  газами, особенно СО. Недостатки СПГ:

•цена автомобиля возрастает примерно на 27%;

•трудоемкость ТО и ТР возрастает на 7...8;

•мощность двигателя снижается  на 18...20%,   время   разгона  увеличивается на 24...30%,  максимальная скорость уменьшается на 5...6%, максимальные углы преодолеваемых подъемов уменьшаются  на 30...40%, эксплуатация автомобиля с  прицепом затрудняется;

•дальность ездки на одной заправке не превышает 200...250 км;

•грузоподъемность автомобиля снижается 9...14%.

С учетом достоинств и недостатков  автомобилей, работающих на СПГ, определена область их рационального использования - перевозки в крупных городах  и прилегающих к ним районах.

 

 

ВИДЫ  ТОПЛИВ

Твёрдые топлива

• Древесина, древесная щепа, древесные пеллеты;
• Горючий сланец;
• Сапропель;
• Торф;
• Уголь;
• Битуминозные пески;
• Порох;
• Соединения азота;
• Твёрдое ракетное топливо.

Жидкие  топлива

• Нефтяные топлива;
• Дизельное топливо (газойль, соляровое масло);
• Темное печное топливо;
• Светлое печное топливо;
• Мазут;
• Топливная нефть;
• Керосин;
• Лигроин;
• Бензин, газолин;
• Масла;
• Сланцевое масло;
• Отработавшее машинное масло;
• Растительные (рапсовое, арахисовое) или животные масла (жиры);
• Спирты;
• Этанол;
• Метанол;
• Пропанол;
• Жидкое ракетное топливо;
• Эфиры;
• (Изомеры) спиртов;
• Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ);
• Диметиловый эфир (ДМЭ);
• жирных кислот;
• Этерифицированные растительные масла (биодизель);
• Эмульсии;
• Водотопливная эмульсия;
• Этиловый спирт в бензинах;
• Масла в бензинах;
• Синтетические топлива, производимые на основе процесса Фишера-Тропша;
• Из угля (CTL);
• Из биомассы (BTL);
• Из природного газа (GTL).