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柴油的着火性

时间:2011-06-17 11:45:59  作者:  来源:  查看:6557  评论:0
导读:1.质量要求 (1)柴油机的爆震 柴油机工作过程与汽油机即相似又有本质区别。其工作过程与汽油机既相似又有本质区别。其工作过程也分为吸气、压缩、膨胀做功和排气四个行程;不同的是柴油机吸入与压缩的是空气,而不是空气与燃料的混合气体,由于压缩终了温度可达500-7..

1.质量要求

 

(1)柴油机的爆震    柴油机工作过程与汽油机即相似又有本质区别。其工作过程与汽油机既相似又有本质区别。其工作过程也分为吸气、压缩、膨胀做功和排气四个行程;不同的是柴油机吸入与压缩的是空气,而不是空气与燃料的混合气体,由于压缩终了温度可达500-700℃,压力达3.5-4.5Mpa,已超过柴油的自燃点,所以喷入汽缸的燃料靠自燃而膨胀做功,故柴油机又称为压燃式发动机。

 

从理论上讲,柴油喷入燃烧室,便已具备了着火燃烧的基本条件。但实际上从柴油喷入至自燃,往往还有一定的时间间隔,这是由于柴油需完成于空气充分混合、先期氧化及形成局部着火点等物理化学准备的缘故。从喷油器开始喷油到柴油开始着火这段时间称为着火滞后期或称为滞燃期。着火滞后期很短,通常为百分之几秒到千分之几秒,但它对柴油机工作状况的影响却很大。

 

正常情况下,柴油的自燃点较低,着火滞后期短,燃料着火后,边喷油、边燃烧,发动机工作平稳,热功效率高。但如果柴油的自燃点过高,则着火滞后期延长,以至于在开始自燃时,汽缸内积累较多的柴油同时自燃,温度和压力剧烈增高,冲击活塞头剧烈运动而发生金属敲击声,这就是柴油机的爆震。柴油机的爆震同样会使燃料燃烧不完全,形成黑烟,油耗增大,功率降低,并使机件磨损加剧,甚至损坏。

 

柴油机的爆震与汽油机有着本质的不同。汽油机是点火燃烧的,其爆震是由于火焰前沿还没传播到的那部分混合气生成的过氧化物自行燃烧而致,一般发生在燃烧末期;而柴油机是压燃的,其爆震是由于柴油着火性差,滞燃期过长而致、一般发生在燃烧的初期。

 

(2)影响柴油机爆震的因素    影响柴油机爆震的因素较多,其中柴油的着火性(或称发火性)是主要因素之一。柴油着火性是指柴油的自燃能力,着火性好的柴油,滞燃期短,燃烧后缸内压力上升平缓,柴油机工作稳定。柴油着火性的好坏与其化学组成及馏分组成密切相关。试验表明,相同碳原子数的不同烃类,正构烷烃的滞燃期最短,物侧链稠环芳烃的滞燃期最长,正构烯烃、环烷烃、异构烷烃居中;烃类异构化程度越高,环数越多,其滞燃期越长;芳烃和环烷烃随侧链长度的增加,其滞燃期缩短,而随侧链分支的增多,滞燃期显著加长;对相同的烃类来说,相对分子质量越大,而稳定性越差,自燃点越低,其滞燃期越短。由相同类型原油生产的柴油,直馏柴油的滞燃期要比催化裂化柴油含有较多芳烃,热裂化合焦化柴油含有较多烯烃,因此滞燃期有所加大。经过加氢精制的柴油,由于其中的烯烃转变为烷烃,芳烃转变为环烷烃,故滞燃期明显缩短。为提高柴油的抗爆性能,可将滞燃期长的热裂化、焦化柴油和部分滞燃期较短的直馏柴油惨和使用,此即柴油的调和。此外还可采用加入添加剂的手段,改善柴油的着火性,常用的添加剂时硝酸烷基酯。

 

      影响柴油机爆震的因素与汽油机有着根本的不同。汽油机提高压缩比或增高汽缸温度会促发爆震,而柴油机提高压缩比或增高汽缸温度却能减轻爆震。原因在于柴油机压缩的是空气,而不是空气与燃料的混合气体,不受燃料性质的影响,因此压缩比可以尽可能的增大(可高达16-24),使燃料转化为功的效率显著提高,实际上柴油机燃料的单位消耗率比汽油机约低30%-70%,非常经济。

 

(3)质量要求   要求轻质柴油和车用柴油有良好的燃烧后性,十六烷值适宜,自燃点低,燃烧完全,发动机工作稳定性好,不发生爆震现象,能发挥应有的功率。

 

2.评定指标及意义

 

轻柴油和车用柴油的着火性时评价柴油燃烧性(抗爆性)能的重要指标,具体用十六烷值和十六烷指数来评定。

 

(1)十六烷值   十六烷值时表示柴油在发动机中着火性能的一个约定量值。它是在规定操作条件的标准发动机试验中,将柴油试样与标准燃料进行比较测定,当两者具有相同的着火滞后期时,标准燃料中的正十六烷值即为试样的十六烷值。

 

      标准燃料是用抗爆性能好的正十六烷和抗爆性能较差的七甲基壬烷按不同体积比配制成的混合物。规定正十六烷的十六烷值为100,七甲基壬烷的十六烷值为15.则试样的十六烷值为:

 

CN=Φ10.15Φ2

 

式中    CN----标准燃料的十六烷值;

 

        Φ1---标准燃料中正十六烷的体积分数,%

 

        Φ2---标准燃料中七甲基壬烷的体积分数,%

 

计算结果,取两位小数。

 

通常, 十六烷值高的柴油,自燃点低,着火性好,燃烧均匀,易于启动,不易发生爆震现象,发动机热功效率高,使用寿命长。但柴油十六烷值也并非越高越好,使用十六烷值过高(如十六烷值大于65)的柴油,同样会冒黑烟,燃料消耗量反而增加,其原因是燃料的着火滞后期太短,自燃时还未与空气形成均匀混合气,致使燃烧不完全,部分烃类热分解而形成黑烟;另外,柴油的十六烷值过高,还会减少燃料的来源。因此,从使用性和经济性两方面考虑,使用十六烷值适当的柴油才合理,通常柴油机的转速越大,要求燃料的十六烷值越高。

 

不同转速的柴油机对柴油十六烷值要求不同。GB/T 19147-2003中规定,1050-10号车用柴油的十六烷值不小于49-20号车用柴油的十六烷值不小于46-35-50号车用柴油的十六烷值不小于45;而GB 252-2000 中规定轻柴油的十六烷值一律要求不小于45.

 

(2)十六烷指数   十六烷指数是表示柴油抗爆性能的一个计算值,它是用来预测馏分燃料十六烷值的一种辅助手段。其计算按GB/T 11139-89《馏分燃料十六烷指数计算法》进行,该标准参照采用ASTM D 976-80,适用于计算直馏馏分、催化裂化馏分以及两者的混合燃料的十六烷指数,特别是当试样量很少或不具备非手动机实验条件时,计算十六烷指数是估计十六烷值的有效方法。当原料和生产工艺不变时,可用十六烷指数检验柴油馏分的十六烷值,进行生产过程的质量控制。试样的十六烷指数按下式计算。

 

CI=431.29-1586.88ρ20730.97(ρ20)212.392(ρ2030.0515(ρ20)4-0.554B97.803(B)2

 

式中  CI----试样的十六烷指数

 

      ρ20---试样在20℃时的密度,g/ml

 

       B----按GB/T 6536《石油产品蒸馏测定法》测得的试样中沸点,℃

 

计算结果,要求修约至整数。

 

上式的应用有一定局限性,它不适用于计算纯烃、合成燃料、烷基化产品、焦化产品以及从页岩油和油砂中提炼燃料的十六烷指数;也不适用于计算加有十六烷改进剂的馏分燃料的十六烷指数。

 

我国车用柴油十六烷指数质量指标见表3-1.十六烷指数的计算还可按SH/T 0694-2000《中间馏分燃料十六烷指数计算法(四变量公式法)》进行。

 

1.     测定方法

 

柴油十六烷值按GB/T 386-91《柴油着火性质测定法(十六烷值法)》进行,该标准参照采用ASTM D 613-86.测定仪器是一台可改变压缩比的专用单缸柴油机(900r/min),压缩比可调范围为7.95-23.50,机上装有着火滞后期表及辅助装置(包括四个电磁传感器,即燃烧传感器、喷油传感器、及两个参比传感器)

 

测定十六烷值的基本原理是:在标准操作条件下,将试样的着火性质与已知十六烷值的两个标准燃料相比较,其中两个标准燃料的十六烷值分别比试样略高或略低,在着火滞后期相同的情况下,测定它们的压缩比(用手轮读数表示),据此用内插法计算试样的十六烷值。其具体测定步骤如下。

 

(1)       喷油量的测量  稳定发动机操作条件,并按规定调整喷射量为13.0ml/min±0.2ml/min。燃料喷油量用测微计调节。

 

(2)       喷油提前角的调整  旋转测微计,按规定调整并固定喷油提前角为上止点前13°。

 

(3)       试样着火滞后期的测量  将着火滞后期表上的选择开关转到着火滞后位置,然后用手轮调节发动机压缩比,准确锁紧在上述要求的喷油提前角(上止点前13°﹚位置上,记录手轮读数。以同样的方法,至少重复三遍,计算平均值。

 

(4)       标准燃料的选择   选择两个相差不大于5个十六烷值的标准燃料进行试验,调节发动机压缩比,使试样在仪表指示13°的手轮读数处于两个标准燃料之间,否则另选标准燃料。根据标准燃料的十六烷值和压缩比数值,用内插法按式(3-4)即可计算试样的十六烷值。

 

CN=CN1+﹙CN2-CN1﹚﹙aa1/a2a1

 

式中   CN--------试样的十六烷值;

 

      CN1--------低十六烷值标准燃料的十六烷值;

 

      CN2--------高十六烷值标准燃料的十六烷值;

 

       a---------试样三次测定手轮读数的平均值;

 

       a1--------低十六烷值标准燃料三次测定手轮读数的平均值;

 

       a2--------高十六烷值标准燃料三次测定手轮读数的平均值。

 

计算结果准确至小数点后一位,作为十六烷值测定结果。报告时,用符号××. ×/CN表示,例如,47.8/CN

 

目前,已研制出多种便携式十六烷值测定仪,应用于柴油的生产、质检和科研中。它们多为快速、简便、数显式多功能分析仪器,一般能同时测定柴油的十六烷值、十六烷指数、十六烷添加剂、总芳香族化合物含量等多种参数。

 


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