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第三节 柴油的技术指标及使用要求

发布日期:2014-05-27 22:08  浏览次数:7538
核心提示:  拖拉机、载重汽车、坦克、轮船、铁路柴油机车等广泛使用柴油作燃料,用柴油作燃料的发动机称为压燃式发动机,简称柴油机。 

  拖拉机、载重汽车、坦克、轮船、铁路柴油机车等广泛使用柴油作燃料,用柴油作燃料的发动机称为压燃式发动机,简称柴油机。

  与汽油机相比,柴油机的单位功率的重量较大,但是其热效率高,耗油量小,因此,它适用于大功率的运输工具及固定式动力机械。

  柴油分为轻柴油和重柴油两种。按柴油机的类别,轻柴油用于1000r/min以下的中、低速柴油机上。

  一、压燃式发动机的工作过程

  柴油发动机有两冲程和四冲程两种,以四冲程的柴油机为例,见图3—3,其工作过程如下:

  1、进气

  当活塞从气缸顶往下运动时,进气阀打开,空气被吸入气缸。

  2、压缩

  当活塞经过下死点往上运动时,进气阀关闭,空气受到压缩(压缩比可达到16~20),在绝热的情况下,温度和压力急剧上升,到压缩终了,温度可达500~700℃,压力可达3~5MPa(30~50kg/cm )。

  3、喷入燃料、自燃、膨胀作功

  当活塞快到上死点时,喷入燃料,由于气缸温度已很高,早已达燃料的自燃点。因此喷入的燃料迅速着火燃烧。燃料产生的大量高温气体迅速膨胀,推动活塞往下运动作功。

  4、排气

  当活塞经过下死点凭惯性往上运动时,排气阀打开,燃烧产生的废气被排出,然后再开始一个新的循环。

  从这里可以看出,柴油机和汽油机有两点本质的区别:第一,在柴油机中被压缩的只是空气,而不是空气和燃料的混合物。因此,设计发动机的压缩比时,不受燃料性质的影响,压缩比可以设计得很高,一般柴油机的压缩比可达13~24左右,这样,使燃料转化为功的效率高、耗油省。第二,在汽油中,燃料是靠电火花点火而燃烧的,在柴油机中,燃料是自燃的。正因如此,汽油机叫做点燃式发动机,而柴油机叫做压燃式发动机。

  二、柴油的使用要求

  轻柴油和重柴油的规格见表3—5和表3—6,各种不同的商品柴油是以凝点来划分的。

  (一)燃烧性能

  1、爆震现象

  柴油机在工作时也会产生类似汽油机那样的爆震现象,但是爆震的原因却与汽油机完全不同。

  在柴油机中,压缩末期柴油以雾状喷入气缸,喷入的燃料在高温高压影响下开始氧化,当氧化过程逐渐加速以致猛烈进行时,燃料就着火燃烧。从燃料喷入到开始着火这一瞬间,称为滞燃期。燃烧滞燃期越长,则开始着火时燃料的积存量越多,着火时就会引起压力的突然增加而发生爆震,使气缸磨损增加,发动机工作效率下降等等。如果滞燃期短,这种爆震现象就不会发生,柴油机工作就平稳,因此,柴油机要求易于自燃的燃料而汽油机则相反。

  燃烧滞燃期长短与燃料是否容易氧化有关,也即与燃料的自燃点有关。越易氧化的燃料,自燃点越低,燃烧滞燃期越短,越不易产生爆震现象。

  燃料的自燃点与燃料的化学组成关系十分密切,烷烃的自燃点最低,环烷烃其次,芳烃最高,所以含烷烃多的柴油是抗爆性能好的燃料。

  2、抗爆性能的评定指标:柴油的抗爆性能用十六烷值来评定。十六烷值也是采取与标准燃料对比的办法,以纯正十六烷的十六烷值定为100,以纯α—甲基萘的十六烷值为0,把两者以不同比例配成标准燃料,将欲测定十六烷值的试油与一定配比的标准燃料,在同一发动机,同一条件下进行比较试验,若试油与标准燃料的抗爆性能相同,那么标准燃料中正十六烷的百分含量即为所测定的试油的十六烷值。例如,某种柴油测定的十六烷值为45,即表示此种柴油与含有45%正十六烷,55%α—甲基萘的标准燃料具有相同的抗爆性,如果知道了燃料中各烃类的含量,可用下式计算十六烷值:

  十六烷值=0.85P+0.1N-0.2A

  式中P、N、A分别为燃料中的烷烃、环烷烃和芳香烃的百分含量。

  柴油的十六烷值与其化学组成有关,烷烃的自燃性能最好,因而它的十六烷值最高,芳烃的自燃性能最差,十六烷值也最低,环烷烃介于两者之间。因此,含烷烃多的柴油十六烷值就高,含芳香烃多的柴油十六烷值就低。

  柴油的抗爆性能也可用柴油指数来表示,柴油指数越高,柴油的燃烧性能越好。

  柴油指数可按下式计算:

 

  式中 t —柴油的苯胺点,℃。

  柴油指数与十六烷值的关系可用下式表示:

 

十六烷值= 2/3×柴油指数+14

 

  柴油的十六烷值影响柴油发动机的整个燃烧过程,十六烷值高的柴油燃烧均匀,热转化为功的效率高。但柴油十六烷值过高也不恰当,一方面减少了燃烧来源,另一方面十六烷值高,意味着烷烃含量多,这不仅使一部分烷烃在燃烧室产生热分解而形成炭烟,结果排气冒黑烟,燃料消耗增加,而且使柴油凝点高。柴油的十六烷值应适合柴油机的要求,一般轻柴油的十六烷值在40~55之间是经济适用的。对十六烷值低的柴油,可加入添加剂使它提高。

  (二)馏程

  柴油机对燃料的馏分要求不如汽油那么严格,但它仍是一个重要的使用指标。柴油机的转速越高,对燃料的馏分要求就越严。一般馏分轻的燃料启动性好,蒸发和燃烧速度快。但是,燃料馏分过轻,自燃点高,滞燃期长,且蒸发程度大,在发火时几乎所有喷入气缸里的燃料会同时燃烧起来,结果造成气缸内压力猛烈上升而引起爆震。若燃料过重,喷射雾化不良,蒸发慢,不完全燃烧的部分在高温下受热分解,生成炭渣而弄脏发动机零件,使排气中冒黑烟,增加燃料的消耗量。

  对轻柴油,我国规定的馏程为300℃馏出量不小于50%,350℃馏出量不小于85~95%。

  对重柴油不做严格规定,只限制残炭含量。

  (三)柴油的低温流动性能

  柴油的低温流动性是与其烃类组成有关的,当碳原子数相同时,正构烷烃的凝点最高,异构烷烃、环烷烃较低,芳烃的凝点介于环烷烃与正构烷烃之间,因此,石蜡基原油的直馏柴油的凝点要比环烷基原油的直馏柴油的凝点高。

  高凝点的柴油一般不采取脱蜡的办法来降低其凝点,而是加入降凝剂来实现的。

  柴油的低温性能对于冬季或露天工作的柴油机更为重要。柴油的凝点并不能说明该柴油可能使用的最低温度。当柴油达到浊点时,虽没有失去流动性,但已有蜡结晶出现,它易使滤清器堵塞,引起供油中断,所以柴油的低温流动性常用浊点、冷滤器或倾点表示。

  (四)粘度

  粘度是柴油的一种重要指标,因为它对油料的输送,泵的操作及喷雾状况等都有关系。

  柴油的粘度大小对供油量的大小、喷油射程、雾化状态和燃烧过程以及抽油泵的柱塞磨损都有直接影响。燃料的粘度过大,使泵的抽油效率降低,因而减少对发动机的供油量,同时喷出的油流不均匀,射程较远,雾化不良,同空气混合的不均匀,燃烧不完全,增加燃料单耗和在机件上的积炭。

  燃料的粘度过小,射程太近,喷射角宽,全部燃料在喷油嘴喷口附近燃烧,易引起局部过热,而且不能利用燃烧室的全部空气,使燃烧不完全,降低发动机的功率。柴油同时又是输油泵和喷油泵的润滑剂,柴油粘度过大或过小,都会影响泵的可靠润滑,使磨损加剧,对轻柴油要求运动粘度为2.5~8.0mm2/s。

  除此之外,对柴油的要求还有腐蚀性及安定性,在使用意义上与汽油大致一样。

  (五)安定性

  柴油的储存安定性是指柴油在储存、运输和使用过程中保持外观、组成和使用性能不变的能力。也就是说,安定性好的柴油在储存过程中颜色和实际胶质变化不大,基本上不生成不可溶的胶质和沉渣。国产柴油用实际胶质作为储存安定性的指标。

  柴油的安定些或称热氧化安定性,是反映在发动机的高温条件和溶解氧的作用下柴油发生变质的倾向。含有不安定的烃类和非烃类的柴油,当发动机运转时会在燃料系统的关键部位和喷油嘴等处生成不溶性凝聚物、漆膜状沉淀物以及积炭等。因而,破坏燃料供应,加剧设备磨损。

  柴油的安定性取决于其化学组成。二烯烃、多环芳烃和含硫含氮化合物都是不安定组分,它们会使发动机中沉积物的数量明显增加。

  柴油经过精制过程,除去不安定组分或其它杂质以后会提高其安定性。此外,在柴油中加入抗氧剂、金属钝化剂、清净分散剂等添加剂也可改善柴油的安定性。

  另外,柴油中的重质胶状残渣能促使在燃烧室中形成较坚硬的沉积物和积炭,因而增大磨损,残炭值或10%蒸馏残余物残炭值是这类物质含量的间接指标。高速柴油机必须使用低残炭值的柴油。

 

表3-5  轻柴油技术要求(执行标准:GB 252—2000)

项   目

质  量  指  标

试验方法

 

5号

0号

-10号

-20号

-35号

 

色度/号
氧化安定性
总不溶物/(mg/100mL)
硫含量/%(m/m)
酸度/(mgKON/100mL)
10%蒸余物残炭/%(m/m)
灰分/%(m/m)
铜片腐蚀(50℃,3h)/级
水分/%(v/v)
机械杂质
运动黏度20℃/(mm2/s)
凝点/℃
冷滤点/℃
闪点(闭口)/℃
十六烷值

馏 程
50%馏出温度/℃
90%馏出温度/℃
95%镏出温度/℃
多环芳烃/%(m/m)
润滑性:磨斑直径/um
密度20℃/(kg/m3)

≯3.5

≯2.5
≯0.2
≯7
≯0.3
≯0.01
≯1
痕迹

3.0-8.0
≯5
≯8
≮55
≮45

 

≯300
≯355
≯365
≯11
≯460
报告

≯3.5

≯2.5
≯0.2
≯7
≯0.3
≯0.01
≯1
痕迹

3.0-8.0
≯0
≯4
≮55
≮45

 

≯300
≯355
≯365
≯11
≯460
报告

≯3.5

≯2.5
≯0.2
≯7
≯0.3
≯0.01
≯1
痕迹

3.0-8.0
≯-10
≯-5
≮55
≮45

 

≯300
≯355
≯365
≯11
≯460
报告

≯3.5

≯2.5
≯0.2
≯7
≯0.3
≯0.01
≯1
痕迹

3.0-8.0
≯-20
≯-14
≮55
≮45

 

≯300
≯355
≯365
≯11
≯460
报告

≯3.5

≯2.5
≯0.2
≯7
≯0.3
≯0.01
≯1
痕迹

3.0-8.0
≯-35
≯-29
≮45
≮45

 

≯300
≯355
≯365
≯11
≯460
报告

GB/T6540

SH/T 0175
GB/T 380
GB/T 258
GB/T 268
GB/T 508
GB/T5096
GB/T 260
GB/T 511
GB/T 265
GB/T 510
SH/T 0248
GB/T 261
GB/T 386

 

GB/T 11139

 

GB/T6536
GB/T1884
GB/T1885

  我国柴油的品种较多,其牌号以凝固点和用途来划分的。0号柴油适用于全国地区4~9月份使用,长江以南地区冬季也可使用。 -10号柴油适用于长城以南地区冬季和长江以南地区寒冬使用。-20号柴油适用于长江以北地区冬季和长城以南,黄河以北地区寒冬使用。-35号柴油使用于东北和西北地区严冬使用。

  对于重柴油来说,10号重柴油适用于500~1000转/分的中速柴油机;20号重柴油适用于300~700转/分的中速柴油机;30号重柴油适用于300转/分以下的低速柴油机。

表3-6 重柴油规格表

项      目

质量指标

10

 20

30

运动粘度(50℃)mm2/s   不大于
残炭, %                不大于
灰分,%                 不大于
硫含量,%               不大于
机械杂质,%             不大于
水分,%                 不大于
闪点(闭口),℃          不大于
倾点,℃                 不低于
水溶性酸碱

13.5
0.5
0.04
0.5
0.1
0.5
65
13

20.5
0.5
0.06
0.5
0.1
1.0
65
23

36.2
0.5
0.08
1.5
0.5
1.5
65
33

 
 
 
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