高速柴油机对柴油性能的要求

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为保证柴油在高速柴油机中能正常燃烧，要求柴油具有良好的燃烧性、良好的低温流动性、适宜的黏度、良好的蒸发性和氧化安定性，对柴油机零件无腐蚀作用，不含机械杂质和水分。   1．良好的燃烧性 　　良好的燃烧性能是指柴油喷入柴油机燃烧室与高温空气形成均匀的可燃混合气之后，能在较短的时间内发火自燃并正常地完全燃烧的性能。 　　十六烷值是评定柴油自燃发火性能的指标，指和柴油发火性相同的标准燃料中所含十六烷体积的百分数，是在规定的单缸柴油机(十六烷值机)中测定的。 　　柴油的十六烷值高低由柴油的化学组成和馏分组成决定。十六烷值高，表明该燃料在柴油机中的发火性能良好，滞燃期短，燃烧均匀且完全，燃烧后压力上升平稳，工作比较柔和，柴油机启动性能较好。据试验，使用十六烷值为53的柴油，柴油机在3　s内即可启动，而使用十六烷值为38的柴油却需要45　s才能启动。反之，柴油的十六烷值越低，柴油机的工作则越粗暴，启动性就越差。工程机械所用高速柴油机的柴油十六烷值一般不低于40~50。 　　需要说明的是，十六烷值过高也不好，当超过65时，柴油分子量加大，馏分较重，柴油的凝点较高，蒸发性差，易裂化以致燃烧不完全，排气冒黑烟，燃油经济性下降。   2．良好的低温流动性 　　柴油的低温流动性直接关系到柴油机供油系统能否向喷油器正常供油的问题。低温流动性差的柴油，会造成低温下供油中断，不能保证柴油机在低温下正常工作，因此，柴油的低温流动性是柴油机能否在低温下正常工作的基本保证。我国的柴油牌号就是按柴油的低温流动性来区分的。评价柴油低温流动性的指标有3个：凝点、浊点和冷滤点。 　　柴油的凝点：柴油凝点即柴油失去流动性时的温度。指柴油装入规定的试管、将其倾斜45°、经过1　min液面不发生移动时的温度。柴油凝点的高低影响柴油在低温下的使用、装卸和运输，我国的轻柴油就是按照凝点划分牌号的。目前执行的标准为GB/T19147-2003《车用柴油标准》，该标准中柴油的牌号分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号柴油，它们的凝点分别为10　℃、5　℃、0　℃、-10　℃、-20　℃、-35　℃、-50　℃。柴油的凝点越低，在低温下的转运越顺利，在柴油机燃料供给系统中的泵送性越好。但柴油的凝点与柴油的低温使用性能没有直接的对应关系，即柴油的凝点不能作为柴油可以使用的最低温度，柴油的凝点要比环境温度低4~10　℃才能保证使用。 　　柴油的浊点：柴油在凝固之前，随着温度下降，先析出石蜡小结晶使柴油变得混浊。在试验室条件下进行测定，当柴油混浊到与标准物相同时的温度即为浊点。柴油达到浊点后虽未失去流动性，但在燃料供给系统中石蜡小结晶容易造成油路堵塞，使供油量减少以致逐步中断供油。 　　柴油的冷滤点：这是近些年来引入的一个新指标。这是由于柴油流动改进剂的广泛采用，使柴油的凝点和浊点之间的温差变大，柴油即使在浊点以下、凝点以上工作也能顺利地通过柴油机的滤清装置，保证正常供油。因此，如果为保证柴油机在低温下能正常工作，用柴油的浊点限制柴油的最低使用温度，就会限制柴油的使用范围，这是不合理的。这样就引入了这个被称为冷过滤堵塞点，简称冷滤点的新指标。柴油的冷滤点是这样确定的：让被测柴油在规定的试验条件下，以一定的压力通过363目的不锈钢滤网，在逐渐降低柴油温度时，柴油的通过量会逐渐下降，当1　min通过滤网的柴油量不足20　mL时，此时的柴油温度就是它的冷滤点。大量的工程车辆使用试验证明，冷滤点与柴油在柴油机上实际能够使用的最低温度有良好的对应关系，且不管柴油是否添加柴油流动改进剂，故可用柴油的冷滤点作为根据，按柴油机的使用气温来选用柴油。一般柴油的冷滤点比其凝点高4~6　℃　。   3．适当的蒸发性 　　柴油的蒸发性是反映柴油由液态变为气态的能力。柴油的蒸发性好，混合气形成速度就快，就能适应高速柴油机燃烧时间短的要求，容易完全燃烧，油耗低、排污少，但蒸发性过高，则会使全部柴油迅速燃烧，缸内压力急剧升高，柴油机工作粗暴，在贮运和使用过程中因柴油蒸气太多而不安全，因此对柴油的蒸发性有严格的要求。评价柴油蒸发性能的指标主要有馏程和闪点。 　　柴油的馏程：馏程指柴油蒸馏过程中馏出一定百分数所处的温度，即在试验室将柴油加热，分别测定其蒸发量为50%、90%、95%的馏出温度。馏出温度越低，柴油中的轻质成分就越多，表明柴油的蒸发性愈好，愈有利于可燃混合气的形成和燃烧，柴油机就易于启动。90%和95%溜出温度标志柴油中所含难以蒸发的重馏分的数量，馏出温度越高，柴油燃烧就越不完全，易产生积炭。我国轻柴油50%馏出温度规定为不高于300　℃；90%馏出温度不高于355　℃，95%馏出温度不高于356　℃。但是，如果柴油的馏程过低，燃料蒸发过快，则在着火延迟期内形成的混合气量过多，柴油机工作粗暴。为了控制柴油的蒸发性不致过强，标准中规定了闪点的最低数值。 　　柴油的闪点：柴油的闪点既是控制柴油蒸发性的指标，又是保证柴油安全性的指标。柴油的闪点指在一定的试验条件下，当柴油蒸气与周围空气形成的混合气接近火焰时，开始出现闪火的温度。闪点低，蒸发性好，有利于可燃混合气的形成和燃烧，柴油机易于启动。但闪点过低，蒸发性就会过强，反而对柴油机运转不利。国家标准中规定了各牌号柴油的闪点，要求-50号轻柴油的闪点不低于45　℃，-35号轻柴油的闪点不低于50　℃，其余牌号柴油的闪点均要求不低于55　℃。   4．良好的安定性 　　柴油应有较好的氧化安定性和热安定性，以保证柴油在贮存中产生胶质的倾向较小，使用中减少供油系统零件积炭和漆状沉积物，使柴油机能够长时间正常工作。柴油的安定性取决于其化学组成，二烯烃、多环芳香烃和含硫、含氮化合物都是不安定组分。 　　柴油的安定性指标用总不溶物和10%蒸余物残炭来评定。10%蒸余物残炭在一定程度上反映了柴油在喷油嘴和气缸零件上形成积炭的倾向。我国轻柴油标准要求总不溶物不大于2.5　mg/100　mL，10%蒸余物残炭不大于0.3%。 5．合适的黏度 　　黏度是柴油流动性的尺度，是表示燃料内部摩擦力的物理特性。柴油的黏度是与其化学组成有关的，一般含烷烃较多的石蜡基原油的柴油黏度较小，而环烷基原油的柴油黏度较大。 　　黏度决定柴油的流动性、润滑性能和蒸发性，与柴油喷射有密切关系。柴油的黏度越小，流动性越好，蒸发性好。但黏度过小，使喷油泵、喷油器精密偶件间不易形成油膜而加剧磨损并使柴油泄漏量增加，实际供油量减少，且喷油器喷出油流射程变近，雾锥角增大，与燃烧室形状不适应，燃烧不良，柴油机功率下降；黏度过大，使柴油滤清、沉淀过程缓慢，供油阻力增加，造成供油困难，并影响燃油的喷出和雾化，雾化后油滴的平均直径大，射程较远，雾锥角小，油滴蒸发面积减小，蒸发速度减慢，混合气不均匀，燃烧不完全，柴油消耗增大。 　　因此，柴油的黏度要适当，保证柴油能在各种条件下，不间断地供油和雾化，提供正常燃烧的良好条件。柴油的黏度与温度关系很大，随温度的降低而黏度增大。在柴油的质量标准中对各种牌号的柴油都规定了允许的黏度范围。   6．较低的污染度 　　柴油的污染度用灰分、水分和机械杂质等指标来评定。灰分是油中不能燃烧的矿物质，呈粒状，非常坚硬，能在摩擦副间起磨料作用，是造成气缸壁与活塞环磨损的重要原因之一。我国规定轻柴油中的灰分不得大于0.01%。 　　柴油中如果混有水分较多，燃烧时将降低柴油发热量，在寒冷的冬季会结冰而使供油系统堵塞，水能溶解可溶性盐类，使柴油灰分增大，水能使硫化物的侵蚀作用加剧，当柴油中水分多到一定程度时，柴油机还会出现排气冒白烟的现象。我国规定柴油中的水分含量不得大于0.03%。柴油中混有机械杂质对柴油机损伤很大，会造成过滤器的滤网、滤芯堵塞，导致供油不畅而影响动力，加剧供油系精密偶件的磨损，甚至造成划伤，发生喷油器针阀卡死、喷油孔堵塞、出油阀关闭不严等故障。   7．良好的抗腐蚀性 　　柴油的防腐性用硫含量、酸度、水溶性酸或碱等指标来评定。柴油中含有硫杂质的最大危害就是污染环境。含硫化合物对柴油机产生强烈腐蚀，硫在燃烧后生成二氧化硫或三氧化硫，遇水生成亚硫酸、硫酸，对柴油机的高温区零件造成腐蚀，而且会使活塞顶和排气门等部位的漆状物和积炭增加，含有硫杂质的废气进入曲轴箱，还会大大增加润滑油的沉淀物。轻柴油的质量标准中规定了含硫量不大于0.05%。 　　酸度是反映油品腐蚀性能的指标。酸度的高低可判断油品中所含酸性物质含量多少，酸度高的柴油所含酸性物质就多，油品的腐蚀性强，会对柴油机的燃油供给系统的金属零件起腐蚀作用，还会使喷油器的喷孔结焦、缸内积炭增多，柱塞副磨损加大，柴油机功率下降。国家质量标准中规定了轻柴油的酸度不大于5　mg(KOH)/100　mL。，高速柴油机对柴油性能的要求

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