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      柴油的著火性

      時間:2019-08-26 14:22:30  來源:  閱讀次數: 復制分享 我要評論

      1.質量要求
       
      (1)柴油機的爆震    柴油機工作過程與汽油機即相似又有本質區別。其工作過程與汽油機既相似又有本質區別。其工作過程也分為吸氣、壓縮、膨脹做功和排氣四個行程;不同的是柴油機吸入與壓縮的是空氣,而不是空氣與燃料的混合氣體,由于壓縮終了溫度可達500-700℃,壓力達3.5-4.5Mpa,已超過柴油的自燃點,所以噴入汽缸的燃料靠自燃而膨脹做功,故柴油機又稱為壓燃式發動機。
       
      從理論上講,柴油噴入燃燒室,便已具備了著火燃燒的基本條件。但實際上從柴油噴入至自燃,往往還有一定的時間間隔,這是由于柴油需完成于空氣充分混合、先期氧化及形成局部著火點等物理化學準備的緣故。從噴油器開始噴油到柴油開始著火這段時間稱為著火滯后期或稱為滯燃期。著火滯后期很短,通常為百分之幾秒到千分之幾秒,但它對柴油機工作狀況的影響卻很大。
       
      正常情況下,柴油的自燃點較低,著火滯后期短,燃料著火后,邊噴油、邊燃燒,發動機工作平穩,熱功效率高。但如果柴油的自燃點過高,則著火滯后期延長,以至于在開始自燃時,汽缸內積累較多的柴油同時自燃,溫度和壓力劇烈增高,沖擊活塞頭劇烈運動而發生金屬敲擊聲,這就是柴油機的爆震。柴油機的爆震同樣會使燃料燃燒不完全,形成黑煙,油耗增大,功率降低,并使機件磨損加劇,甚至損壞。
       
      柴油機的爆震與汽油機有著本質的不同。汽油機是點火燃燒的,其爆震是由于火焰前沿還沒傳播到的那部分混合氣生成的過氧化物自行燃燒而致,一般發生在燃燒末期;而柴油機是壓燃的,其爆震是由于柴油著火性差,滯燃期過長而致、一般發生在燃燒的初期。
       
      (2)影響柴油機爆震的因素    影響柴油機爆震的因素較多,其中柴油的著火性(或稱發火性)是主要因素之一。柴油著火性是指柴油的自燃能力,著火性好的柴油,滯燃期短,燃燒后缸內壓力上升平緩,柴油機工作穩定。柴油著火性的好壞與其化學組成及餾分組成密切相關。試驗表明,相同碳原子數的不同烴類,正構烷烴的滯燃期最短,物側鏈稠環芳烴的滯燃期最長,正構烯烴、環烷烴、異構烷烴居中;烴類異構化程度越高,環數越多,其滯燃期越長;芳烴和環烷烴隨側鏈長度的增加,其滯燃期縮短,而隨側鏈分支的增多,滯燃期顯著加長;對相同的烴類來說,相對分子質量越大,而穩定性越差,自燃點越低,其滯燃期越短。由相同類型原油生產的柴油,直餾柴油的滯燃期要比催化裂化柴油含有較多芳烴,熱裂化合焦化柴油含有較多烯烴,因此滯燃期有所加大。經過加氫精制的柴油,由于其中的烯烴轉變為烷烴,芳烴轉變為環烷烴,故滯燃期明顯縮短。為提高柴油的抗爆性能,可將滯燃期長的熱裂化、焦化柴油和部分滯燃期較短的直餾柴油慘和使用,此即柴油的調和。此外還可采用加入添加劑的手段,改善柴油的著火性,常用的添加劑時硝酸烷基酯。
       
            影響柴油機爆震的因素與汽油機有著根本的不同。汽油機提高壓縮比或增高汽缸溫度會促發爆震,而柴油機提高壓縮比或增高汽缸溫度卻能減輕爆震。原因在于柴油機壓縮的是空氣,而不是空氣與燃料的混合氣體,不受燃料性質的影響,因此壓縮比可以盡可能的增大(可高達16-24),使燃料轉化為功的效率顯著提高,實際上柴油機燃料的單位消耗率比汽油機約低30%-70%,非常經濟。
       
      (3)質量要求   要求輕質柴油和車用柴油有良好的燃燒后性,十六烷值適宜,自燃點低,燃燒完全,發動機工作穩定性好,不發生爆震現象,能發揮應有的功率。
       
      2.評定指標及意義
       
      輕柴油和車用柴油的著火性時評價柴油燃燒性(抗爆性)能的重要指標,具體用十六烷值和十六烷指數來評定。
       
      (1)十六烷值   十六烷值時表示柴油在發動機中著火性能的一個約定量值。它是在規定操作條件的標準發動機試驗中,將柴油試樣與標準燃料進行比較測定,當兩者具有相同的著火滯后期時,標準燃料中的正十六烷值即為試樣的十六烷值。
       
            標準燃料是用抗爆性能好的正十六烷和抗爆性能較差的七甲基壬烷按不同體積比配制成的混合物。規定正十六烷的十六烷值為100,七甲基壬烷的十六烷值為15.則試樣的十六烷值為:
       
      CN=Φ1+0.15Φ2
       
      式中    CN----標準燃料的十六烷值;
       
              Φ1---標準燃料中正十六烷的體積分數,%
       
              Φ2---標準燃料中七甲基壬烷的體積分數,%
       
      計算結果,取兩位小數。
       
      通常, 十六烷值高的柴油,自燃點低,著火性好,燃燒均勻,易于啟動,不易發生爆震現象,發動機熱功效率高,使用壽命長。但柴油十六烷值也并非越高越好,使用十六烷值過高(如十六烷值大于65)的柴油,同樣會冒黑煙,燃料消耗量反而增加,其原因是燃料的著火滯后期太短,自燃時還未與空氣形成均勻混合氣,致使燃燒不完全,部分烴類熱分解而形成黑煙;另外,柴油的十六烷值過高,還會減少燃料的來源。因此,從使用性和經濟性兩方面考慮,使用十六烷值適當的柴油才合理,通常柴油機的轉速越大,要求燃料的十六烷值越高。
       
      不同轉速的柴油機對柴油十六烷值要求不同。GB/T 19147-2003中規定,10、5、0、-10號車用柴油的十六烷值不小于49,-20號車用柴油的十六烷值不小于46,-35、-50號車用柴油的十六烷值不小于45;而GB 252-2000 中規定輕柴油的十六烷值一律要求不小于45.
       
      (2)十六烷指數   十六烷指數是表示柴油抗爆性能的一個計算值,它是用來預測餾分燃料十六烷值的一種輔助手段。其計算按GB/T 11139-89《餾分燃料十六烷指數計算法》進行,該標準參照采用ASTM D 976-80,適用于計算直餾餾分、催化裂化餾分以及兩者的混合燃料的十六烷指數,特別是當試樣量很少或不具備非手動機實驗條件時,計算十六烷指數是估計十六烷值的有效方法。當原料和生產工藝不變時,可用十六烷指數檢驗柴油餾分的十六烷值,進行生產過程的質量控制。試樣的十六烷指數按下式計算。
       
      CI=431.29-1586.88ρ20+730.97(ρ20)2+12.392(ρ20﹚3+0.0515(ρ20)4-0.554B+97.803(㏒B)2
       
      式中  CI----試樣的十六烷指數
       
            ρ20---試樣在20℃時的密度,g/ml
       
             B----按GB/T 6536《石油產品蒸餾測定法》測得的試樣中沸點,℃
       
      計算結果,要求修約至整數。
       
      上式的應用有一定局限性,它不適用于計算純烴、合成燃料、烷基化產品、焦化產品以及從頁巖油和油砂中提煉燃料的十六烷指數;也不適用于計算加有十六烷改進劑的餾分燃料的十六烷指數。
       
      我國車用柴油十六烷指數質量指標見表3-1.十六烷指數的計算還可按SH/T 0694-2000《中間餾分燃料十六烷指數計算法(四變量公式法)》進行。
       
      1.     測定方法
       
      柴油十六烷值按GB/T 386-91《柴油著火性質測定法(十六烷值法)》進行,該標準參照采用ASTM D 613-86.測定儀器是一臺可改變壓縮比的專用單缸柴油機(900r/min),壓縮比可調范圍為7.95-23.50,機上裝有著火滯后期表及輔助裝置(包括四個電磁傳感器,即燃燒傳感器、噴油傳感器、及兩個參比傳感器)。
       
      測定十六烷值的基本原理是:在標準操作條件下,將試樣的著火性質與已知十六烷值的兩個標準燃料相比較,其中兩個標準燃料的十六烷值分別比試樣略高或略低,在著火滯后期相同的情況下,測定它們的壓縮比(用手輪讀數表示),據此用內插法計算試樣的十六烷值。其具體測定步驟如下。
       
      (1)       噴油量的測量  穩定發動機操作條件,并按規定調整噴射量為13.0ml/min±0.2ml/min。燃料噴油量用測微計調節。
       
      (2)       噴油提前角的調整  旋轉測微計,按規定調整并固定噴油提前角為上止點前13°。
       
      (3)       試樣著火滯后期的測量  將著火滯后期表上的選擇開關轉到著火滯后位置,然后用手輪調節發動機壓縮比,準確鎖緊在上述要求的噴油提前角(上止點前13°﹚位置上,記錄手輪讀數。以同樣的方法,至少重復三遍,計算平均值。
       
      (4)       標準燃料的選擇   選擇兩個相差不大于5個十六烷值的標準燃料進行試驗,調節發動機壓縮比,使試樣在儀表指示13°的手輪讀數處于兩個標準燃料之間,否則另選標準燃料。根據標準燃料的十六烷值和壓縮比數值,用內插法按式(3-4)即可計算試樣的十六烷值。
       
      CN=CN1+﹙CN2-CN1﹚﹙a-a1﹚/﹙a2-a1﹚
       
      式中   CN--------試樣的十六烷值;
       
            CN1--------低十六烷值標準燃料的十六烷值;
       
            CN2--------高十六烷值標準燃料的十六烷值;
       
             a---------試樣三次測定手輪讀數的平均值;
       
             a1--------低十六烷值標準燃料三次測定手輪讀數的平均值;
       
             a2--------高十六烷值標準燃料三次測定手輪讀數的平均值。
       
      計算結果準確至小數點后一位,作為十六烷值測定結果。報告時,用符號××. ×/CN表示,例如,47.8/CN。
       
      目前,已研制出多種便攜式十六烷值測定儀,應用于柴油的生產、質檢和科研中。它們多為快速、簡便、數顯式多功能分析儀器,一般能同時測定柴油的十六烷值、十六烷指數、十六烷添加劑、總芳香族化合物含量等多種參數。
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