第三章 车用轻柴油

汽车燃料与润滑油杨耀东[e-mail]车用轻柴油1.柴油机工作原理和对柴油的要求2.轻柴油的低温流动性3.轻柴油的雾化和蒸发性4.轻柴油的燃烧性5.轻柴油的安定性及其他特性6.轻柴油的质量标准及其选用柴油机工作原理柴油机与汽油机比较混合气的形成不同柴油机混合的形成是在气缸内进行的汽油机的混合气是在气缸外进行的混合气着火方式不同柴油机混合气靠压缩自燃汽油机混合气由电火花强制点火柴油机特点①柴油机压缩比大，燃气膨胀较充分，膨胀终了的燃气温度较低，热量利用程度较好，比汽油机省油，经济性好。②柴油机坚固耐用，由于没有点火系统，故障较少，保养容易，工作可靠。柴油机特点③柴油机气缸内压力比较高，机件受力较大，刚度和强度要求较高，体积、重量比汽油机大。④柴油机中喷油泵和喷油器的精密度高，加工比较困难，制造成本较高。⑤柴油机借助于压缩终了空气的高温、高压使柴油着火，所以起动困难，运转时噪声较大。对柴油品质的要求①凝点和冷滤点要低，粘度要适中，以保证有较良好的流动性和雾化性能。②容易自燃，并且燃烧稳定均匀，而不粗暴，排气无黑烟，耗油量低。即柴油必须具有适当的十六烷值和蒸发性。③高度清净，不应含有机械杂质，以免加速精密偶件的磨损。对柴油品质的要求④柴油本身及其燃烧产物不应有腐蚀性。⑤实际胶质与不饱和烃含量应尽量减少，以免发生过滤堵塞和喷油嘴焦结等现象。⑥燃烧后不应当在发动机内形成严重的积炭。⑦为保证贮运和使用中安全，柴油应达到一定的闪点。2轻柴油的低温流动性柴油在低温条件下具有一定流动状态的性能叫低温流动性。轻柴油的密度和粘度都比汽油大，随着温度的降低，轻柴油的粘度会变得更大。轻柴油的低温流动性流动性能改进剂（降凝剂）与析出的石蜡发生共晶、吸附抑制石蜡晶体生长妨碍柴油在油管和滤清器中顺利通过，供油量减少甚至中断发动机不能正常工作或熄火石蜡常温：溶解状态低温：结晶析出降温：结晶加剧晶体聚集形成结晶网络流动阻力增加流动性变差低温流动性变差的原因流动性变差的后果改善低温流动性的评价指标凝点浊点冷滤点日本中国美国欧洲凝点是指在一定的试验条件下，将柴油装在规定的试管内，冷却到预期的温度，然后将试管倾斜45°经过1min后液面不移动，此时的温度，就是柴油的凝点。测定标准：GB/T510—1991《石油产品凝点测定法》测试仪器为凝点测定仪凝点测定仪a)凝点测定仪示意图b)凝点测定仪实物照片1-试管2-搅拌器3-套管4-温度计5-冷却器柴油的牌号我国柴油的牌号是按凝点划分的，柴油的凝点是多少度，它的牌号就是多少。轻柴油分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号共七个牌号。重柴油的牌号分为10号、20号、30号共三个牌号。浊点是指在特定的试验条件下，柴油中开始析出石蜡晶体从而使柴油失去透明时的最高温度。含蜡愈多的柴油，其浊点也愈高。柴油达到浊点后，虽然有石蜡晶体析出，使柴油在燃油供给系中的流动阻力增大，但是还能保证正常的供油，不影响柴油机的正常工作。因此，浊点不是限制轻柴油使用的最低温度。浊点对加有流动性能改进剂的柴油的低温性能，浊点不能准确表示。用浊点作为柴油低温性能评价指标过于苛刻。除美国等少数国家现在还采用浊点外，其他国家大都不采用浊点指标。测定标准：GB/T6986—1991《石油产品浊点测定法》测试仪器：浊点测定仪浊点测定仪a)浊点测定仪示意图b)浊点测定仪实物照片1-温度计2-搅拌器3-环形标线冷滤点是指在特定的试验条件下，1min内通过过滤器的柴油不足20mL时的最高温度。试验证明，用冷滤点模拟发动机的实际工作情况，近似于发动机的实际使用条件，它与柴油的实际使用温度有良好的对应关系。所以冷滤点与浊点、凝点相比，更具有实用性，是选择柴油低温流动性的依据。目前，国内外评价柴油低温流动性时，广泛采用冷滤点。冷滤点冷滤点可以作为根据最低气温选用柴油牌号的依据。一般冷滤点要高于凝点4℃～6℃，比浊点稍低。测定标准：SH／T0248－1992《馏分燃料、柴油冷滤点测定法》测试仪器：冷滤点测定仪冷滤点测定仪a)冷滤点测定仪示意图b)半导体柴油冷滤点测定仪实物照片1-温度计2-三通阀3-橡胶管4-吸量管5-橡胶塞6-支持环7-弹簧环8-试杯9-固定架10-铜套管11-冷浴12-过滤器改善柴油低温流动性的途径①脱蜡在炼制柴油的过程中采用脱蜡措施。②在柴油中掺入二次加工柴油馏分和裂化煤油高含蜡原油在裂化加工中得到的柴油馏分有较低的凝点，其他性能也较好；往柴油中掺入裂化煤油，能降低凝点，改善挥发性。改善柴油低温流动性的途径③加入降凝添加剂柴油中加入降凝添加剂后能够延迟或防止石蜡结晶析出，因此可以降低柴油的凝点和冷滤点。降凝剂一般为烷基萘和乙烯酸酯的共聚物，加入量一般为0.05％～0.1％。3轻柴油的雾化和蒸发性是指轻柴油在柴油机气缸内经喷油器喷出时分散成液体雾粒及液体雾粒汽化蒸发的能力。柴油的雾化和蒸发性的好坏决定了混合气形成的速度和质量，高速柴油机混合气形成时间极短，对柴油的雾化和蒸发性有较高要求。雾化和蒸发性对柴油的影响使用雾化和蒸发性能差的柴油：在活塞压缩行程上止点附近，柴油来不及完全蒸发和混合，燃烧将拖延到膨胀行程继续进行，结果提高了排气的温度，增加了柴油机的热损失；而且未及时蒸发的柴油在高温下还将发生热分解，形成难于燃烧的炭粒，使排气带黑烟，导致污染物增加，油耗增多；未完全燃烧或为燃烧的柴油，还可能经气缸壁窜入油底壳，污染发动机润滑油。雾化和蒸发性对柴油的影响柴油的雾化和蒸发性好，柴油机的起动性能就好，燃烧完全，不易稀释润滑油，油耗较低，积炭少，排烟较少；但如果雾化和蒸发性过好，会严重增大贮运和使用中的蒸发损失，并且影响使用安全性，而且发动机的工作容易粗暴。雾化和蒸发性的评价指标运动粘度馏程密度闪点粘度粘度是指液体在外力作用下发生移动时，在液体分子间所呈现的内部摩擦力。它是表示油品流动性能好坏的一项指标。粘度小的油品流动性能好，粘度大的油品流动性能差。粘度随温度变化油品的粘度随着温度的变化而变化，这称为油的粘温性能。一般是温度升高粘度变小，温度降低粘度变大。所以，表示某一油品的粘度时必须标明温度，不标明温度的粘度是没有意义的。运动粘度粘度分为动力粘度、运动粘度、条件粘度三种。评价轻柴油的雾化和蒸发性时，采用的是运动粘度指标。运动粘度表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，其值为相同温度下液体的动力粘度与其密度之比，单位是m2/s。柴油规格中要求测定20℃的运动粘度。运动粘度影响流动性运动粘度不仅影响柴油的流动性，更主要的是影响柴油的雾化质量。从流动性角度考虑：粘度小些流动性好，但粘度过小，使柴油机供油系统的柴油漏失量增加，影响供油量。运动粘度影响雾化质量对柴油雾化质量的影响，主要是考虑其对喷出油束特性的影响。运动粘度大，则喷出油束射程远，喷雾锥角小，油滴直径大，雾化质量差，混合气形成不良；运动黏度小，则喷出油束射程近，喷雾锥较大，油滴直径小，但喷出的油束形状与燃烧室形状又往往不适应，同样会造成混合气形成不良。所以柴油的运动黏度不可太大，也不可太小。运动粘度影响零件润滑柴油还担负着柴油机燃料供给系统中柱塞和柱塞套筒、针阀和针阀体等精密零件的润滑任务，柴油黏度大些对精密零件的润滑有利，但过大又会影响喷雾质量。运动粘度柴油的规格中，对每种牌号柴油的运动粘度都规定了一定的范围。试验表明，柴油在20℃的运动粘度为5mm2/s左右时，既能保证柴油流动性和精密偶件的润滑要求，也能保证雾化质量和供油量。测定标准：GB/T265-1988《石油产品运动粘度测定法》运动粘度测定仪a)毛细管粘度计b)运动粘度测定仪实物照片1、6-管身2、4-扩张部分3、5-标线7-支管馏程柴油馏程的测定方法与汽油馏程的测定方法基本相同。评定柴油的蒸发性采用的是50％蒸发温度、90％蒸发温度和95％蒸发温度三个温度点。50％蒸发温度表示柴油中轻质馏分的含量。50％回收温度低，说明轻质馏分多，蒸发性好，易形成均匀的混合气，柴油机容易起动。50％蒸发温度对发动机起动性能的影响柴油50%回收温度/℃200225250275285发动机的启动时间/s81027609050％蒸发温度该温度也不宜过低，过低时，因轻质馏分太多柴油蒸发太快，易引起全部柴油迅速燃烧，缸内压力升高剧烈，发动机工作粗暴。国家标准规定轻柴油50％蒸发温度不高于300℃。90％蒸发温度和95％蒸发温度表示柴油中重质馏分的含量。90％蒸发温度和95％蒸发温度低，说明柴油中重质馏分含量少，柴油燃烧会越充分，可以提高柴油机的动力性，降低油耗，减小机械磨损。90％蒸发温度和95％蒸发温度90％蒸发温度和95％蒸发温度高，说明柴油中重质馏分多，蒸发性差，形成的混合气质量差，燃烧不完全，易造成发动机排气冒黑烟，功率下降，油耗增多，零件磨损增大等。国家标准规定轻柴油90％蒸发温度不高于355℃，95％蒸发温度不高于365℃。闪点在规定的试验条件下，加热油品所产生的蒸气与周围空气形成的混合气接触火焰发生瞬间闪火的最低温度称为闪点，用℃表示。根据测定方法和仪器不同，分为开口闪点和闭口闪点。闪点的测定用开口杯闪点测定器测得的闪点为开口闪点，开口闪点用于高闪点（重质油）的油品，如发动机油、车辆齿轮油等；用闭口杯闪点测定器测得的闪点为闭口闪点，闭口闪点用于低闪点（轻质油）的油品，如轻柴油。闭口闪点测定：GB/T261-2008《闪点的测定宾斯基-马丁闭口杯法》开口杯闪点测定器a)开口杯闪点测定器示意图b)开口杯闪点测定器实物照片1-点火器支柱2-点火器3-屏风4-底座5-坩埚托6-外坩埚7-内坩埚8-温度计9-支柱10-温度计夹闭口杯闪点测定器a)闭口杯闪点测定器示意图b)闭口杯闪点测定器实物照片1-点火器调节螺钉2-点火器3-滑板4-油杯盖5-油杯6-浴套7-搅拌器8-壳体9-电炉盘10-电动机11-铭牌12-点火管13-油杯手柄14-温度计15-传动软轴16-开关箱闪点的影响闪点低说明柴油中的轻质馏分多，蒸发性好，但闪点太低时说明轻质馏分过多，蒸发过快，会造成汽缸压力突然上升，使柴油机工作粗暴，同时储运及使用中的安全性下降。柴油的闪点主要用来控制其挥发性的上限，下限由馏程控制。国家标准规定了各号轻柴油的闭口闪点的最低数值。密度柴油的密度过大，将使雾化质量变差，使汽缸中的混合气形成不均匀，难以形成良好的混合气，导致燃烧条件变差，排气冒黑烟，发动机经济性下降。柴油的密度大说明芳香烃含量较多，芳香烃多将导致柴油机工作粗暴。测定标准：GB／T1184－2000《原油和液体石油产品密度测定法（密度计法）》石油密度计4轻柴油的燃烧性是指柴油在柴油机中是否容易着火，并防止柴油机发生工作粗暴现象的能力。轻柴油的燃烧过程可分为着火延迟阶段、速燃阶段、缓燃阶段、补燃阶段四个阶段。轻柴油的着火延迟阶段发生在压缩行程末，主要是为柴油的燃烧做一系列的物理、化学准备，物理准备包括燃料的雾化、加热、蒸发、扩散与空气混合等过程，化学准备主要指柴油与高温、高压的空气接触发生化学反应，生成自燃点较低的过氧化物并达到一定浓度的过程。该阶段时间很短，但对整个燃烧过程影响很大。轻柴油的速燃阶段发生在做功行程初、活塞靠近上至点附近，主要是把着火延迟阶段喷入汽缸的燃料快速燃烧，使气缸中的压力快速升高，为活塞下行做功提供动力。该阶段中，由于汽缸容积较小，燃烧速度极快，类似登容燃烧，气缸内的压力升高很快。轻柴油的缓燃阶段发生在做功行程中活塞继续下行、气缸容积不断增大的情况下，是速燃阶段未来得及燃烧的那部分燃料的继续燃烧。为充分利用这部分燃料的燃烧热能，这部分燃料必须能快速完成燃烧，以保证气缸压力不变或稍有升高。轻柴油的补燃阶段发生在做功行程末，是柴油中未来得及汽化的一小部分重质馏分的继续汽化和最后燃烧，但此时所放出的热量已不能被有效利用。为提高柴油的燃油经济性，应尽量减少补燃烧阶段。柴油