Особенности дизельного топлива

Большинство требований к системе питания дизельного мотора выдвигается с учетом того, что дизельное топливо имеет ряд специфических особенностей. Горючее такого рода представляет собой смесь керосиновых и газойлевых соляровых фракций. Дизельное топливо получают после того, как из нефти реализуется отгон бензина.

Дизельное топливо обладает целым рядом свойств, главным из которых принято считать показатель самовоспламеняемости, который оценивается цетановым числом. Представленные в продаже виды дизельного топлива имеют цетановое число на отметке 45–50. Для современных дизельных агрегатов наилучшим топливом является горючее с большим показателем цетанового числа.

Система питания дизельного ДВС обеспечивает подачу хорошо очищенного дизельного топлива к цилиндрам, ТНВД сжимает горючее до высокого давления, а форсунка подает его в распыленном на мельчайшие частицы виде в камеру сгорания. Распыленное дизельное топливо смешивает с горячим (700–900 °С) воздухом, который нагревается до такой температуры от высокого сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) и самовоспламеняется.

Обратите внимание, рабочая смесь в дизельном моторе не поджигается отдельным устройством, а воспламеняется самостоятельно от контакта с разогретым воздухом под давлением. Эта особенность сильно отличает дизельный ДВС от бензиновых аналогов.

Дизельное топливо имеет еще и более высокую плотность сравнительно с бензином, а также обладает лучшей смазывающей способностью. Не менее важной характеристикой выступает вязкость, температура застывания и чистота дизельного топлива. Температура застывания позволяет делить топливо на три базовых сорта горючего: летнее дизельное топливо, зимний дизель и арктическое дизельное топливо.

Газообразные топлива

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.

Промышленность выпускает СНГ для автомобилей двух марок: СПБТЗ - смесь пропана и бутана техническая зимняя; СПБТЛ - … летняя. 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 -5 «С 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; 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 цилиндропоршневой 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. Однако в последние годы большое количество водителей жалуются на некачественное топливо и небезосновательно беспокоятся за собственный транспорт.

Бензиновое топливо

Детонация вызывается самовоспламенением наиболее удаленной от запальной свечи части бензина-воздушной смеси, горение которой приобретает взрывной характер. Условия для детонации наиболее благоприятны в той части камеры сгорания, где выше температура и больше время пребывания смеси. Внешне детонация проявляется в появлении звонких металлических стуков - результата многократных отражений от стенок камеры сгорания образующихся ударных волн. Отечественная промышленность выпускает бензины следующих марок; А-76, А-80, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Маркировка бензинов включает одну или две буквы и цифру: буква «А» - бензин автомобильный, «И» - исследовательский метод определения 04 (если нет «И» - то моторный), цифра указывает на октановое число. Автомобильные бензины, за исключением марки АИ-98, подразделяются на виды: летний - для применения во всех районах, кроме северных и северовосточных, в период с 1 апреля до 1 октября; в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всего года; зимний - для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах; в остальных районах - с 1 октября до 1 апреля.

Экологические требования к различным видам топлива

Рост автопарка, изменение форм собственности и видов деятельности существенно не повлияли на характер воздействия автотранспорта на окружающую природную среду. Он по-прежнему сохраняет лидерство в загрязнении атмосферы городов. На долю автотранспорта в России приходится 80% выбросов свинца, 59% окиси углерода, 32% оксидов азота. Выбросы от передвижных источников составляют около 11 млн тонн, от стационарных – 0,8 млн тонн ежегодно. Причем, доля стационарных источников загрязнения атмосферы имеет тенденцию к стабильному сокращению.

Специфика подвижных источников загрязнения (автомобилей) проявляется:

- в высоких темпах роста численность автомобилей по сравнению с ростом количества стационарных источников;

- их пространственной рассредоточенности (автомобили распределяются по территории и создают общий повышенный фон загрязнения);

- непосредственной близости к жилым районам (автомобили заполняют все местные проезды и дворы жилой застройки);

- более высокой токсичности выбросов автотранспорта по сравнению с выбросами стационарных источников;

- сложности технической реализации средств защиты от загрязнений на подвижных источниках;

 

- низком расположении источника загрязнения от земной поверхности, в результате чего отработавшие газы автомобилей скапливаются в зоне дыхания людей и слабее рассеиваются ветром по сравнению с промышленными выбросами и выбросами от стационарных источников транспорта, которые, как правило, имеют дымовые и вентиляционные трубы значительной высоты.

Перечисленные особенности передвижных источников приводят к тому, что автотранспорт создаёт в городах обширные зоны с устойчивым превышением санитарно-гигиенических нормативов загрязнения воздуха.

Высокий удельный вес автомобилей с карбюраторными двигателями наряду с широким применением этилированного бензина на большей части территории России обусловили загрязнение атмосферы соединениями свинца.

Применение этилированного бензина создает предпосылки для роста атмосферных загрязнений и с помощью государственных мер должно быть ограниченно, а в конечном итоге запрещено.

Загрязнение атмосферы передвижными источниками автотранспорта происходит в большей степени отработавшими газами через выпускную систему автомобильного двигателя, а также, в меньшей степени, картерными газами через систему вентиляции картера двигателя и углеводородными испарениями бензина из системы питания двигателя (бака, карбюратора, фильтров, трубопровода) при заправке и в процессе эксплуатации.

 Отработавшие газы автомобилей с карбюраторными двигателями в числе наиболее токсичных компонентов содержат оксид углерода, оксиды азота и углеводороды, а газы дизелей – оксиды азота, углеводороды, сажу и сернистые соединения. Один автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая при этом с отработавшими газами примерно 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов. Снижению токсичности и нейтрализации отработавших газов уделяется основное внимание, и в этом направлении ведутся постоянные технические разработки.

Картерные газы вносят свою долю в загрязнение атмосферного воздуха. Их количество в двигателе возрастает с увеличением износа. Кроме того, оно зависит от условий движения и режима работы двигателя. На холостом ходу система вентиляции картерных газов, которой снабжены практически все современные двигатели, работает менее эффективно, что ухудшает экологические показатели автомобилей.

Испарения бензина в автомобиле имеют место при работе двигателя и в нерабочем состоянии. Внутренняя полость бензобака автомобиля всегда сообщается с атмосферой для поддержания давления внутри бака на уровне атмосферного по мере выработки бензина. Это необходимо для нормальной работы всей системы питания двигателя, но в то же время создает условия для испарения легких фракций бензина и загрязнения ими воздуха.

Отработавшие газы (ОГ), выбрасываемые автомобильными двигателями, содержат более 200 различных веществ, большинство из которых в большей или меньшей мере токсичны. Основными токсичными веществами, содержащимися в отработавших газах автомобильных двигателей и загрязняющими атмосферу, являются: окись (оксид) углерода (СО), оксиды азота (NОх), двуокись серы (SO2), углеводороды (CnHm), соединения свинца (при работе двигателей на этилированном бензине), сажа. При сжигании в автомобильном двигателе 1 т бензина образуется 180-300 кг окиси углерода, 20-40 кг углеводородов и 25-45 кг оксидов азота.

Окись углерода - газ без цвета и запаха, образуется в результате неполного сгорания топлива в двигателях. В отработавших газах двигателей искровым зажиганием в зависимости от регулировки карбюратора и технического состояния двигателя содержание СО колеблется в пределах 0,1-10% (по объему).

Оксиды азота состоят в основном из окиси (NO) и двуокиси азота (NO2). Окись азота – бесцветный газ, двуокись азота – газ красновато-бурового цвета с характерным запахом. Оксиды азота образуются в двигателе при высокой температуре сгорания топлива.

Двуокись серы образуется в результате сгорания топлива в дизелях. Ее концентрация в ОГ зависит от содержания серы в дизельном топливе, регламентируемого ГОСТ 305-82. Дизельное топливо по содержанию серы разделяется на два вида. В дизельном топливе I вида содержание серы не должно превышать 0,2%, а топливе II вида не более 0,5%.

Углеводороды подразделяются на предельные, непредельные и ароматические, в том числе канцерогенные. Среди канцерогенов наиболее опасным является 3, 4- бензапирен. Появление углеводородов в отработавших газах связано с разложением и неполным окислением углеводородов топлива в двигателе.

Содержание углеводородов в ОГ во многом зависит от технического состояния и регулировки двигателя и на холостом ходу колеблется от 100 до 5000%0 и более.

Соединение свинца образуется в ОГ в результате сгорания этилированного бензина. Содержание соединений свинца в ОГ зависит от их содержания в бензине. По ГОСТ 2084-77 (с изменениями) в этилированном бензине АИ-93 может быть до 0,37 мг/дм3 свинца, а в А-76- до 0,17 мг/дм3. В неэтилированном бензине допускается до 0,012 мг/дм3. Около 70-90% содержащихся в бензине свинцовых соединений, выбрасываются с ОГ, попадая в атмосферу, почву, воду.

Оценка токсичности (дымности) ОГ автомобильных двигателей осуществляется путем проведения специальных испытаний. При этом токсичность и дымность ОГ не должна превышать норм, установленных Правилами №15 и 83 ЕЭК ООН для автомобилей с бензиновыми двигателями, регламентируется ГОСТ 17.2.2.0.3-87 (табл.1). Проверка проводится при работе двигателя на двух режимах холостого хода: минимальной частоте вращения и повышенной- в диапазоне от 2000 об/мин до 0,8 nном, где nном - частота вращения, соответствующая максимальной мощности.