Реферат на тему "Влияние качества топлива на работу двигателя внутреннего сгорания"




Реферат на тему

текст обсуждение файлы править категориядобавить материалпродать работу




Курсовая на тему Влияние качества топлива на работу двигателя внутреннего сгорания

скачать

Найти другие подобные рефераты.

Курсовая *
Размер: 493.37 кб.
Язык: русский
Разместил (а): Дмитрий
Предыдущая страница 1 2

добавить материал

Полимеризация несгоревших частиц топлива и конденсация на цилиндровой втулке приводят к образованию лакообразного нагара. Твердый смолообразный материал на втулке цилиндра и в полиро­ванных канавках вызывает прекращение действия смазки. Это обычно случается при работе на легком дизельном топливе
четырехтактных двигателей, однако зарегистрированы так­же подобные случаи и в двух­тактных крейцкопфных двига­телях.
Циклические углеводоро­ды не сгорают полностью во время такта сгорания (расши­рения), и небольшая часть образовавшихся отхо­дов прилипает к втулке, вызывая лакообразный нагар. При этом оценка по­тери эффективности смазки может произ­водиться      по      величине толщины лакообразующих отложений в канавках втулки после 1000 час. работы двигателя и расходу смазки, который не должен превышать 0,2 ррт сгоревшего топлива.

 На рис. 4 показано влияние лакообразующего нагара на эффектив­ность смазывания и расход смазки по результатам экспериментальных исследований на двигателе голланд­ского рыболовного судна, которые под­тверждаются данными по другим судам. На этих судах двигатели работали с большими перегрузками и использовали низкокачественное дизельное топливо MGO. При работе двигателей с меньшей мощностью вследствие снижения сопро­тивления трала расход масла возвраща­ется к нормальному уровню. Это оз­начает, что в случае уменьшения дейст­вия этих факторов образование нагара на втулках сокращается.
Хотя применение высокоэффектив­ных смазок и легкого дизельного топли­ва с содержанием серы на уровне 1 % снижает лакообразующие отложения, еще не найдено удовлетворительное ре­шение проблемы создания смазки, уменьшающей и предотвращающей нагарообразование.
Более непосредственным способом
воздействия на лакообразующие отло­жения является химическая очистка топ­лива, основанная на сильнодействую­щих моющих средствах (детергентах), которые могут обеспечивать чистоту высокотемпературных поверхностей в камерах сгорания. Были проведены ис­пытания комбинации химикатов для очистки топлива на двигателе с большим расходом смазки, обусловленном лакообразующими отложениями на втулке. Результаты экспериментов пока­зали, что для быстрого достижения по­ложительного эффекта минимальная до­за присадки должна равняться 1 литр/м3 топлива. Все случаи значительного сни­жения расхода лубрикаторной смазки были подтверждены эндоскопическим осмотром.
В ближайшем будущем ожидается ухудшение качества топлива из-за повы­шения содержания в нем асфальтенов. Поэтому поставщики смазочных мате­риалов предложили новые улучшенные продукты. Крупнейшие машиностроите­ли призывают судовладельцев перейти на использование новых сортов масел, кото­рые вместе с химической очисткой топли­ва должны обеспечить решение пробле­мы загрязнения двигателей черными асфальтеновыми отложениями.
2.2Влияние присадок на двигатель
При работе дизельного двигателя на фор­сунках и в камере сгорания образуются отло­жения, нарушающие подачу топлива и нормаль­ное протекание рабочего процесса. В результа­те снижается мощность и экономичность дви­гателя, увеличиваются дымность и токсичность отработавших газов. Моющие присадки, пред­назначенные для автомобильных бензинов, в данном случае оказываются бесполезны, так как обладают недостаточно высокой термической стабильностью и в жестких условиях дизель­ного двигателя разлагаются.
За рубежом часто используют специальные присадки к дизельным топливам на основе тер­мостабильных ПАВ. Анализ литературы и па­тентов показывает, что в общем случае в присадку кроме ПАВ входят модификаторы нага­ра и небольшое количество катализаторов го­рения. В качестве модификаторов нагара ис­пользуются кислородсодержащие соединения, например, оксиалкилированные алкилфенолы, а в качестве катализаторов горе­ния — соединения переходных металлов (железа, меди, редкоземельных элемен­тов). Катализатор горения берется в та­ких количествах, что концентрация ме­талла в топливе составляет не более 100 млн1. Собственно, каталитическое влияние оказывают оксиды металлов, об­разующиеся при сгорании присадок с то­пливом. Металлсодержащие присадки ис­пользуют не только как антинагарные, но и как антисажевые, снижающие темпе­ратуру выгорания сажи и препятствую­щие забивке сажевых фильтров. Так на­пример, фирмой Lubrizol разработана то­варная присадка, эффективная в концен­трации до 70 млн"1 в расчете на медь [1]. Авторами статьи на основе доступно­го отечественного сырья разработан об­разец антинагарной присадки антикокс, представляющий собой композицию термостабильного ПАВ, фракции кислородсодер­жащих соединений и катализатора горения — топливорастворимой соли меди.
Присадка антикокс характеризуется сле­дующими физико-химическими показателями:
кинематическая вязкость при 20°С,   40
мм2/с, не более
плотность при 20°С, кг/м3       ~880
температура вспышки, °С, не ниже   35
концентрация меди, % мае.       ~15


Рекомендуемая концентрация присадки в топливе составляет 0,01-0.02гс в зависимости от способа применения. При постоянном при­менении достаточно 0,01-0,02%. Возможно также использование присадки в автосерви­се: для безразборной очистки двигателя, раскоксовывания поршневых колец и т.д. При этом временно можно использовать дозы, дос­тигающие 0,1%.


 


На рис. 1-3 приведены результаты испы­таний присадки в количестве 0,1% мае. в со­ставе дизельного топлива Л на двигателе 2ч8,5/11. Испытания проведены в АООТ "ЭлИНП" по методике, согласно которой пред­варительно нарабатывался нагар в течение 50-100 ч на специальном топливе, содержа­щем большое количество тяжелых фракций. После наработки нагара двигатель разбира­ли и оценивали количество и распределение образовавшегося нагара в камере сгорания (на головке блока цилиндров), на днище поршня и распылителе форсунки. Нагар отлагался на по­верхностях в виде очень плотного слоя неравномерной толщины — до одного и более милли­метров.
Толщина основной массы нагара на го­ловке блока цилиндров и днище поршня дости­гала 0,5 мм. Что касается форсунки, то около двух третей массы нагара имело толщину от 0,5 до 1,3 мм. Это обстоятельство представля­ется весьма существенным, так как отложения на форсунке в наибольшей степени влияют на токсичность отработавших газов [2]. После на­работки нагара двигатель собирали и проводи­ли нагароочистку в течение 5 ч, работая на стандартном дизельном топливе Л с присадкой.
При введении в топливо присадки в концентрации 0,02-0,05%, нагар удалялся на 25-65' (рис. 4).


 
Часть нагара, которая не была удален в процессе испытаний, изменила свою природ; Нагар стал рыхлым и легко снимался притиранием поверхности без соскабливания и кипячения. Наибольший эффект наблюдался на распылителе форсунки, где при концентрации пру садки 0,02% в условиях испытаний нагар удалялся наполовину. Интересно отметить, что степень удаления нагара с форсунки и поршня достигала максимума при 0,05% присадки, а из камеры сгорания почти линейно зависела от е концентрации.
Несмотря на то, что медьсодер­жащие соединения за рубежом ус­пешно используют в качестве ан­тисажевых присадок к дизельно­му топливу, остается открытым во­прос о влиянии меди на топливо и о токсичности продуктов сгорания присадки, выбрасываемых с отра­ботавшими газами.
Известно, что соединения ме­ди являются сильными промото­рами окисления углеводородов. По­этому было проверено влияние присадки на термостабильность дизельного топлива методом ква­лификационной оценки Установле­но, что после нагрева в течение 16 ч образцов топлива при 100°С их цвет не изменился, а количест­во осадка и кислотность возросли незначительно (см. таблицу).
Следует, однако, заметить, что при оценке термостабильности данным методом топливо контактирует со специ­ально вводимой в него медной пластин­кой. Таким образом, введение дополните­льного количества меди в топливо может просто не быть замечено. Поэтому, веро­ятно, стабильность топлив с медьсодер­жащими присадками подлежит более подробному изучению. Кроме того, при­садки этого типа должны вводиться в топливо непосредственно на месте при­менения, а топлива с присадками не по­длежат длительному хранению. С другой стороны, в состав присадки может быть добавлено некоторое количество деактиватора металла, связывающего медь в неактивный комплекс
Что касается токсичности продуктов сгорания топлива с присадкой, то мож­но привести приблизительный расчет. При максимальной рекомендуемой концентрации присадки в топливе, равной 0,05%, содержание меди в топливе составит около 70 млн"1. Можно допустить, что при сгорании 1 кг дизельного топлива при а = 2 образуется 25-30 л отработавших газов; содержание меди в них составит около 2-3 мг/м3. В России нет норм на содержание меди в отработавших га­зах, но можно привести норму Агентства охра­ны окружающей среды США, составляющую 100 мг/м3 [3]. Обычно принимают, что отрабо­тавшие газы разбавляются воздухом в тысяче­кратном соотношении. Продукты сгорания ме­ди выбрасываются из двигателя в виде аэрозо­лей оксидов, сульфатов и карбонатов. Их ПДК


 
в воздухе рабочей зоны, принятая в России, со­ставляет 0,5 мг/м3. Среднее содержание меди в земной коре составляет около 0,005% мае. Та­ким образом, можно полагать, что при исполь­зовании медьсодержащей антинагарной присад­ки опасных для здоровья концентраций меди не возникнет.
Присадка антикокс может представлять практический интерес не только как препарат для удаления нагара с деталей двигателя, но и в качестве антисажевого агента в связи с планируемой установкой сажевых фильтров.
2.3Противоизносные свойства  дизельных топлив.
Дизельные топлива являются смазочным ма­териалом для движущихся деталей топливной аппаратуры быстроходных дизелей, трущихся пар плунжерных топливных насосов, запорных игл, штифтов и др. На поверхностях трущихся пар при контакте с топливом образуется гра­ничный слой, обладающий специфическими свойствами. Этот очень тонкий граничный слой (толщина меньше 1 мкм) выполняет функцию смазочной пленки. Он предотвращает непосред­ственный контакт поверхностей трения, при этом уменьшаются сила трения и износ тру­щихся деталей.
Присутствующие в топливах молекулы гетероатомных соединений серы, кислорода или азота, имея постоянный дипольный момент, при­тягиваются поверхностью металла, строго ори­ентируются в слоях и создают смазочную плен­ку, которая уменьшает трение и износ.
Смазывающие свойства топлив значитель­но хуже, чем у масел, так как и вязкость, и содержание ПАВ в топливах меньше, чем их содержание в маслах.    Противоизносные свой­ства топлив улучшаются с увеличением содер­жания ПАВ, вязкости и температуры выкипа­ния [1].
В связи с ужесточением требований к каче­ству дизельных топлив по содержанию серы и  переходом на выработку экологически чистых топлив, гидроочистку их проводят в жестких условиях. При этом из дизельных топлив уда­ляются соединения, содержащие серу, кисло­род и азот, что негативно влияет на их смазы­вающую способность. Опыт использования ди­зельного топлива с содержанием серы 0,005% в Швеции, наряду с положительными момента­ми — снижением содержания вредных веществ в выхлопных газах, выявил негативные послед­ствия — преждевременный выход из строя то­пливных насосов из-за снижения смазывающей способности дизельного топлива. Высокий уро­вень износа отмечен уже после 5000 км пробе­га, кроме того, имела место тенденция к увели­чению заедания деталей насоса. Исследования, проведенные в США и Германии, также пока­зали низкую смазывающую способность и пло­хие противоизносные характеристики малосер­нистых дизельных топлив, в результате чего возникали поломки инжекторных насосов [2,3]. Компания Shell провела исследования по изучению вопроса о соответствии характери­стик топлив условиям их применения, при этом, исходя из имеющегося опыта использования авиационного керосина, основное внимание бы­ло уделено смазывающей способности топлива. Программа исследований наряду с дорожными и стендовыми испытаниями на долговечность топливного оборудования включала фундамен­тальные лабораторные исследования смазываю­щей способности топлив.
По существу, имеются три возможности улучшения смазывающих способностей дизель­ных топлив:
использование нестандартных условий про­ведения процесса гидроочистки, которые сво­дят к минимуму удаление важных компонен­тов;
смешение дизельных топлив с продуктами с высоким содержанием природных компонен­тов, обеспечивающих высокую смазывающую способность в условиях граничной смазки;
использование присадок, придающих топ­ливу дополнительные противоизносные свойст­ва.
Для малосернистого топлива использование двух первых возможностей улучшения смазы­вающих характеристик является неприемле­мым, так как получаемое в этих случаях топ­ливо не соответствует строгим техническим стандартам. Поэтому использование присадок является наиболее реальным способом.
Анализ патентных данных показал, что для улучшения противоизносных характеристик ди­зельных топлив предлагается большое количе­ство химических соединений, принадлежащих к различным классам. Так, в качестве противо­износных присадок испытывались сложные эфиры ди- и монокарбоновых кислот и ди- и полиатомных спиртов, соединения, содержащие серу, фосфор, азот, бор и другие гетероатомы, а также другие классы химических соедине­ний [4-9].
Хотя в принципе существует много вариантов повышения смазывающей способности ди­зельных топлив с помощью присадок, на прак­тике их выбор достаточно узок. Большинство противоизносных присадок, применяемых в мо­торных и индустриальных маслах, слишком аг­рессивны в топливах. Кроме того, многие из этих присадок содержат серу, что делает нежела­тельным их применение в экологически чистых дизельных топливах, или фосфор, отрицатель­но влияющий на систему очистки выхлопных газов.
При решении проблемы подбора эффектив­ной присадки авторами статьи поставлена за­дача использования только тех присадок, кото­рые могут придать топливам смазывающую спо­собность на уровне, характерном для дизель­ных топлив с содержанием серы - 0,2% мае. И ароматики 25-30% мае.
Смазочную способность дизельных топлив оценивали на вибрационном трибометре SRV фирмы Optimol [10], используемом для оценки процессов трения и износа смазочных материа­лов. Прибор позволяет оценивать изменение ко­эффициента трения в процессе испытания в за­висимости от нагрузки, скорости скольжения, длительности испытания и температуры в ус­ловиях граничного режима трения.
Для дизельных топлив были специально по­добраны условия испытаний. Оценочными по­казателями при испытании дизельных топлив были: диаметр пятна износа, коэффициент тре­ния и удельная нагрузка. Лучшими противоизносными свойствами обладают образцы, имею­щие низкий коэффициент трения, малый диа­метр пятна износа и высокую удельную нагрузку.
В качестве присадок, улучшающих противоизносные свойства дизельных


 
топлив, испы­таны сложные эфиры пентаэритрита и синте­тических монокарбоновых кислот фр. С5д I эфир ПЭТ), сложные эфиры 2-этилгексанола л себациновой кислоты (эфир ДОС), сложный эфир пентаэритрита, себациновой и акриловой кислот (эфир ПАС), нафтеновые кислоты, а так­же некоторые зарубежные присадки, рекомен­дуемые фирмами.


 
Результаты этих исследований представле­ны в табл. 1, 2.
Из представленных в табл. 1 результатов видно, что наиболее эффективны нафтеновые кислоты в концентрации 0,05% мае. Использо­вание эфира ПЭТ приводит к ухудшению противоизносных свойств, а введение эфиров ДОС
ПАС практически не влияет на смазочные характеристики топлива.
Результаты испытаний на приборе SRV не­которых зарубежных присадок (см. табл. 2) по­казывают, что присадки Paradyne 639 и Paradyne 655 практически не влияют на противоизносные характеристики исходного ди­зельного топлива. Введение присадки CD-2 да­же в малых концентрациях (0,0001% мае.) уменьшает коэффициент трения и увеличива­ет удельные нагрузки. Настоящие исследования позволили уста­новить принципиальную возможность улучше­ния противоизносных свойств экологически чис­тых дизельных топлив с помощью присадок. По­иск эффективных противоизносных добавок, имеющих достаточно широкую сырьевую базу и относительно невысокую стоимость, продол­жается.
2.4Влияние качества дизельных топлив на их противоизносные свойства.
С проблемами ухудшения противоизносных свойств топлив столкнулись в 70-х годах при ис­пользовании реактивных топлив, подвергнутых жесткой гидроочистке. Тогда же было установ­лено, что существенное влияние на противоизносные свойства товарных реактивных топлив ока­зывают не только сернистые соединения, но и фракционный состав, вязкость топлива. Удале­ние естественных гетероорганических соедине­ний из прямогонных реактивных топлив (серно­кислотная, адсорбционная, гидроочистка) значи­тельно ухудшало их противоизносные свойства. При исследовании влияния содержания серы на противоизносные свойства реактивных топлив было установлено, что существует определенный оптимум, при котором достигается максималь­ный уровень противоизносных свойств топлива (рис. 1)[1],
Добавление сернистых соединений в количе­стве 0,05-0,15% вызывало снижение износа, а уве­личение содержания серы более 0,15% приводи­ло к увеличению износа металла. Тиофены ока­зывали положительное влияние на противоиз­носные свойства реактивных топлив. При содер­жании тиофеновой серы порядка 0,15-0,25% мае. износ металла уменьшается на 25-35%. Как по­казали проведенные исследования [2], меркапта­ны и дисульфиды в концентрации 0,001% мае. не ухудшали противоизносные свойства реактив­ных топлив. В более высокой концентрации мер­каптаны оказывали отрицательное влияние на противоизносные свойства топлив.
Исследование влияния углеводородного со­става реактивных топлив на их противоизносные свойства показало ухудшение противоизносных свойств в ряду: бициклические ароматические углеводороды, нафтеновые, парафиновые [3].
 Противоизносные свойства дизельных топ­лив изучены мало. Оценку их проводили, в основ­ном, путем замера износов плунжеров полноразмерной топливной аппаратуры. Однако в после­дние годы при использовании экологически чис­того дизельного топлива, прежде всего в Европе, был отмечен высокий уровень износа топливных инжекторных насосов, приводящий к выходу их из строя. Причиной этого стало снижение смазы­вающей способности топлив.
Для исследования влияния глубины гидро­очистки на противоизносные свойства дизельных топлив были специально приготовлены образцы дизельного топлива с различным содержанием серы — 0,05; 0,1; 0,2% мае. (табл. 1)Топлива име­ли близкие значения по показателям вязкости, плотности, содержанию и составу ароматических углеводородов, что исключало влияние их на про­тивоизносные свойства топлив, лишь образец с содержанием серы 0,2% имел более низкую 50%-ную точку перегонки — 256°С против 275 и 277°С для образцов с содержанием серы 0,05 и 0,1%, со­ответственно, так как для поддержания на одном уровне всех остальных свойств в его состав при­шлось вовлечь фракции керосина. Все образцы соответствовали ГОСТ 305-82.


 

 

 
Смазывающую способность исследуемых ди­зельных топлив оценивали на вибрационном трибометре SRV фирмы Optimol, предназначенном для оценки процессов трения и износа [3]. Рабо­чая часть трибометра представляет собой каме­ру, где находится узел трения пластина – шар. Прибор позволяет оценивать изменение коэффи­циента трения в процессе испытания в зависи­мости от нагрузки, скорости скольжения, дли­тельности измерения и температуры в условиях граничного режима трения.
В результате проведенных исследований были выбраны оптимальные условия испытаний дизельных топлив: время испытаний — 60 мин; нагрузка — 5 кгс. Оценочными показателями яв­лялись величины диаметра пятна износа, коэф­фициента трения и удельная нагрузка. Лучши­ми противоизносными свойствами обладают об­разцы, имеющие низкий коэффициент трения, малый диаметр пятна износа и высокую удель­ную нагрузку.
За рубежом оценка противоизносных свойств дизельных топлив проводится на приборе HFRR на узле трения пластина - шар. При испытании на приборе HFRR дизельные топлива должны характеризоваться уровнем противоизносных свойств не более 460 мм.
Результаты испытаний дизельных топлив с различным содержанием серы на приборе SRV представлены в табл.
Из приведенных данных видно, что с увели­чением содержания серы с 0,01 до 0,5% улучша­ются противоизносные свойства дизельных топ­лив. Так, диаметр пятна износа и коэффициент трения уменьшаются на 68 и 75% соответствен­но, при этом удельные нагрузки увеличиваются в 10 раз. За рубежом критерием оценки противо­износных свойств является уровень показателей, значения которых характерны для дизельного топлива с содержанием серы 0,2% мае.
Исследование экологически чистых дизель­ных топлив различных нефтеперерабатывающих заводов показало (рис. 2, 3), что на противоизнос­ные свойства дизельных топлив большое влия­ние оказывает не только содержание серы, но и фракционный состав, особенно конец кипения топлива, а также его вязкость.
С повышением температуры конца кипения топлива снижается диаметр пятна износа и ко­эффициент трения. При этом средняя темпера­тура кипения топлива (50%-ная точка перегонки) не оказывает заметного влияния на противоиз­носные свойства. Снижение вязкости с 5,3 до 3,7 мм2/с приводит к ухудшению противоизносных свойств: увеличивается диаметр пятна из­носа и коэффициент трения.
С целью установления влияния ароматичес­ких углеводородов на противоизносные свойства исследован легкий газойль каталитического кре-


кинга с установки Г-43-107 — основной компо­нент товарных дизельных топлив. Для этого лег­кий газойль каталитического крекинга был под­вергнут адсорбционному разделению на арома­тические соединения I, II, III и IV группы. Учитывая, что в 1999 г. в Европейский стандарт на ди­зельные топлива будет внесена норма на содер­жание полициклических ароматических углево- дородов, были исследованы, прежде всего, аро­матические соединения III и IV групп. Они добав­лялись в гидроочищенное дизельное топливо (сы­рьем гидроочистки служили только прямогонные дизельные фракции) в количестве, соответству­ющем содержанию легкого газойля в дизельном топливе 20 и 40%.


 
Как видно из представленных на рис. 4 данных, добавление ароматических углеводородов группы улучшает противоизносные свойства дизельного топлива с содержанием серы 0,05%. Ароматические углеводороды IV группы в кон­центрациях, соответствующих содержанию лег­кого газойля в дизельном топливе до 20%, также уменьшают диаметр пятна износа и коэффици­ент трения. При этом ароматические углеводоро­ды IV группы оказывают большее влияние на
противоизносные свойства. Дальнейшее увеличе­ние концентрации ароматических углеводородов группы приводит к ухудшению противоизносных свойств дизельного топлива.
Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что противоиз­носные свойства дизельных топлив зависят от содержания серы, фракционного состава и вяз­кости топлива. Положительное влияние на про­тивоизносные свойства оказывают ароматичес­кие углеводороды III и IV групп, присутствие ко­торых являются нежелательным в перспектив­ных экологически чистых дизельных топливах.


Список литературы:
1.     Митусова Т.Н., Полина Е.В., Калинина М.В.Исследование противоизносных свойств топлив// Нефтепереработка и нефтехимия: НТИЦЭнефтехим, 1998.-№2.-С. 20-22.
2.      Митусова Т.Н., Полина Е.В., Калинина М.В.Исследование противоизносных свойств топлив// Нефтепереработка и нефтехимия: НТИЦЭнефтехим, 1999.-№4.-С.8-11.
3.     Гуреев А.А., Азеев В.С., Камфер Г.М. Топливо для дизелей. Свойства и применение.-М.: Химия, 1993.
4.     Т.Н. Митусова, Е.В. Полина, М.В. Калинина. Современные дизельные топлива и присадки к ним — М.: Издательство «Техника». ООО «ТУМА ГРУПП», 2002. — 64 с
 
Предыдущая страница 1 2


Влияние качества топлива на работу двигателя внутреннего сгорания

Скачать курсовую работу бесплатно


Постоянный url этой страницы:
http://referatnatemu.com/?id=561&часть=2



вверх страницы

Рейтинг@Mail.ru
Copyright © 2010-2015 referatnatemu.com