Визначення цетанового числа дизельного палива по збігу спалахів

Загальні відомості.Процеси сумішоутворення і згоряння палива в дизелях, особливо высокооборотистих,відбуваються за дуже короткий час, який відповідає 15...20° повороту колінчастого валу. Цей час приблизно в 10 разів менше ніж в карбюраторнихдвигунах.

Горюча суміш високооборотних дизелів утворюється безпосередньо в циліндрі.

Якість сумішотворення і згоряння палива залежить від тиску і температури стислого повітря, концентрації пари палива в повітрі, тонкості розпилювання, випаровуваності і хімічного складу палива. Хімічний склад палива є вирішальним чинником, що визначає температуру самозаймання, період затримки запалювання і швидкість розповсюдження полум'я в горючій суміші.

Період затримки запалювання в дизелі передує процесу самозаймання. Цей період тривається від початку подачі палива в камеру згоряння до моменту його запалювання.

В період затримки запалювання відбувається цілий ряд физикохімічних процесів: розпилювання палива, перемішування його з повітрям, нагрівання до температури стислого повітря і випаровування. Одночасно з цим протікають складні хімічні реакції багатостадійного окислення вуглеводнів. В горючій суміші утворюються нестійкі кисневмісні з'єднання — перекиси, гідроперекиси, альдегіди і т. п., які потім розпадаються. Цей розпад супроводиться виділенням частини (10... 15 %) енергії, що міститься в паливі, і слабим холодним голубим свіченням. В результаті передполуменевих реакцій виділяється теплота, підвищується температура горючої суміші, збільшується швидкість хімічних реакцій, холоднополуменевий процес переходить в гарячий, відбувається самозаймання і горіння палива.

Дизельне паливо складається в основному з парафінових, нафтеновых і ароматичних вуглеводнів. Найбільш схильні до окислення і самозаймання парафінові вуглеводні, більш стійкі нафтени і найстійкіші — ароматичні вуглеводні.

Якщо період затримки запалювання дуже великий, то суміш спалахує із запізненням, при цьому вциліндрі дизеля нагромаджується і спалахує велика порція палива. Це викликає різке наростання тиску, виникають стукоти, спостерігається так звана жорстка робота. В цьому випадку збільшуються знос деталей, прорив газів в картер двигуна, витрата палива.

Якщо при повороті колінчастого валу на 1° тиск в циліндрі зростає на 0,25...0,5 МПа, то робота м'яка, на 0,6...0,9 МПа — жорсткий, а більш ніж на 1 МПа — дуже жорстка, що викликає швидкийзнос двигуна. Оцінкою самозаймистості служить цетановое число, залежне від хімічного складу палива.

Цетанове число дизельного палива дорівнює вмісту (% за об'ємом) цетана в суміші з альфаметилнафталіном, еквівалентної по займистості випробовуваному паливу.

Проведення випробувань. Цетанове число дизельного палива визначають по методу збігу спалахів на одноциліндрових моторних установках типу ИТ9-3, ИТ9-ЗМ і ИТД-69. Моторна установка ИТ9-3 показана на рис.1.

В таблиці 1 приведені умови, які слід дотримувати при визначенні цетанових чисел на моторній установкі.

При визначенні цетанового числа застосовують первинне і вторинне еталонне паливо.

Первинне еталонне паливо - це суміш цетана і альфаметилнафталіна. Займистість цетана прийнята за 100 одиниць, а альфаметилнафталіна — за 0. Цетан при тому, що згоряє в дизелі дає невеликий період затримки запалювання і забезпечує м'яку роботу двигуна. Альфаметилнафталін дуже важко окислюється і спалахує, дає великий період затримки запалювання і дуже жорстку роботу двигуна.

Вторинне еталонне паливо — це суміш газойля прямої перегонки з парафінистих малосірчистих нафт. Випробування полягає в порівнянні самозаймистості випробовуваного дизельного палива і еталонного. Самозаймистість випробовуваногодизельного палива визначають таким чином. Двигун запускають після попереднього підігріву картерногомасла до 55...60°С. Прогрівають і встановлюють робочийрежим двигуна на товарному дизельномупаливі,потім в паливний бак 2 (рис.1.) заливають випробовуване дизельне паливо і перемикають на нього моторну установку. Під час роботи двигуна на випробовуваному паливі зміною положення рейки паливного насоса високого тиску встановлюють витрату палива 13±0,5 мл/хв.

Регулюючи зазор між контактами індикатора впорскування і мікрометричного гвинта паливного насоса, добиваються, щоб кут випередження впорскування палива складав 13° до в. м. т.

Встановлюють критичну ступінь стиснення. Критичний ступінь стиснення — це якнайменший ступінь стиснення, при якому двигун працює без пропусків самозаймання.

Потім остаточно настроюють індикатори впорскування і запалювання, забезпечені неоновими лампочками. Спочатку добиваються, щоб лампочки індикатора на ободі маховика давали суцільні смуги світла. Потім регулюють індикатори до появи зрізаючого кінця смуги неонової лампочки, що світиться. Встановлюють ступінь стиснення збігу спалахів неонових ламп, при цьому зрізаючі кінці смуг індикаторів впорскування і запалювання, що світяться, повинні знаходитися на одному рівні. Таке положення двох смуг, що світяться, із зрізаючими кінцями на ободі маховика свідчить про збіг спалахів індикаторів впорскування і запалювання. В цьому випадку різниця між моментом впорскування і запалювання складатиме 13° повороту колінчастого валу.

Порівняння випробовуваного дизельного палива з еталонними полягає в підборі двох сумішей з цетана і альфаметилнафталина. Одна суміш повинна давати збіг спалахів неонових ламп при більшому ступені стиснення, інша — при меншій, ніж ступінь стиснення збігу спалахів, знайдений для випробовуваного дизельного палива. Ці суміші повинні розрізнятися не більше ніж на чотири цетанові одиниці. Визначають ступені стискання збігу спалахів для випробовуваного палива і еталонних сумішей поперемінно не менше 3 разів.

Таблиця1

Режим роботи двигуна при визначенні цетанового числа

Рис.1. Моторна установка ИТ9-3 для визначення цетанового числа дизельного палива: 1 — пульт керування; 2 — паливний бак; 3 — електропідігрівач повітря; 4 — дзеркало для спостереження за спалахами; 5 — механізм зміни ступеня стиснення; 6— форсунка; 7 — одноциліндровий дизель 8 — насос високого тиску.

Вміст цетана х (% за об'ємом) в первинній еталонній суміші цетана і альфаметилнафталина, еквівалентній по самозаймистості випробовуваному дизельному паливу, знаходять по формулі

(1)

де А₁ – вміст цетану (% по об’єму) в первинній еталонній суміші, що дає співпадання спалахів при більшому ступеню стискання, ніж випрбовуєме дизельне паливо (суміш з меншим метановим числом); А₂ — те ж для суміші, що дае спів падання спалахів при меншому ступеню стискання, ніж дизельне пальне, що випробовується(суміш з великим метановим числом); а — середнє арифметичне показників ступеня стискання при спів паданні спалахів для дизельного палива, що випробовується; а₁ – те ж для суміші цетану і альфаметилнафталіну, що відповідає А₁; а₂ - те ж для суміші цетану і альфаметилнафталіну, що відповідає А₂

Випробовуване дизельне паливо порівнюють з вторинними еталонними сумішами по тій же методиці і в тій же послідовності, що і з сумішами з цетана і альфаметилнафталіну. Результати визначення цетанових чисел по збігу спалахів указують в цілих одиницях.

Контрольні питання

1. Що характеризує цетанове число?

2. Який елемент впливає на підвищення цетанового числа в паливі?

3. Коли робота дизеля вважається м’яка, а коли жорстка?

4. Розкажіть методику визначення цетанового числа?

5. Що таке первинне еталонне паливо?

Лабораторна робота №9