车用柴油及其使用

车用柴油是中馏分的石油产品,又称轻柴油。轻柴油密度较大,易自燃,是柴油机的燃料。车用高速柴油机均使用轻柴油。

1.柴油的使用性能

柴油机可燃混合气在燃烧室内采用压燃的着火方式,可燃混合气的形成和燃烧过程与汽油机不同,最突出的使用性能是低温流动性和燃烧性。

(1)低温流动性。

柴油的低温流动性是指柴油在低温条件下具有一定的流动状态的性能。柴油中的烃分子一般含16～23个碳原子,其中一部分为石蜡,通常在柴油中呈溶解状态存在。当温度降低时,石蜡开始结晶析出,形成石蜡结晶网络,这种网络延展到全部柴油中,使液体流动阻力增加、供油减少,严重时 (-18℃～-20℃)甚至失去流动性,中断供油。

评定柴油低温流动性的指标是凝点、浊点和冷滤点等。对于柴油的低温流动性各国采用的指标不同,美国用冷凝点,欧洲用冷滤点,我国用冷滤点和凝点。

1)柴油的凝点是指随温度下降柴油中的石蜡结晶析出,导致失去流动性的温度。我国柴油的牌号就是按凝点来区分的。

2)柴油的浊点是指随温度下降柴油中开始析出石蜡晶体,使柴油失去透明时的温度。柴油达到浊点后虽未失去流动性,但在燃料供给系统中容易造成油路堵塞,使供油量减少。但浊点不是柴油使用的最低温度。

3)柴油的冷滤点是指在测定条件下,以1.96kPa压力进行抽吸试油,使其通过一个363目/in2(平方英寸)的过滤器,当试油冷却到通过滤网流量小于20m L/min的最高温度。由于冷滤点测定的条件近似于使用条件,所以冷滤点与柴油的实际使用最低温度有良好的对应关系,可作为根据气温选用柴油牌号的依据。

(2)雾化和蒸发性。

为了保证动力性和燃油经济性的要求,柴油机可燃混合气的形成过程必须在活塞位于压缩行程上止点附近迅速完成。这是因为喷油持续时间极为短促,只有15°～30°的曲轴转角,可燃混合气形成时间只有汽油机的1/30～1/10,在已定的燃烧室和喷油设备条件下,柴油的雾化和蒸发性决定了混合气形成的质量和速度。因此,要求柴油有较强的雾化和蒸发性。

评定柴油雾化和蒸发性的主要指标是运动黏度、馏程、闪点和密度。

1)运动黏度是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黏度与其密度之比,在国际单位制中以m2/s为单位。柴油规格中要求测定20℃的运动黏度。

运动黏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。柴油通过喷油器的高压喷射,使喷入燃烧室的柴油被粉碎成数以百万计的细小雾粒。运动黏度高会降低雾化的细度,使雾化质量变差;但运动黏度又不宜过小,否则会使喷入燃烧室内的喷柱射程短,喷柱锥角大,没有足够的贯穿深度。由于局部缺乏氧气,导致燃烧不完全,柴油机功率下降。同时,黏度过小又会影响耦合件的可靠润滑,造成磨损加剧。

2)柴油馏程采用50%蒸发温度、90%蒸发温度和95%蒸发温度。

50%蒸发温度越低,说明柴油轻质馏分多,蒸发速度越快,雾化质量好,柴油机就越易启动。柴油50%蒸发温度同启动时间的关系见表4-4。

表4-4 柴油50%蒸发温度同启动时间的关系

90%蒸发温度和95%蒸发温度越低,说明柴油中重质馏分少,混合气雾化状态好,燃烧完全,不仅提高了柴油机的动力性,减少了机械磨损,还避免了柴油机过热,降低了油耗。

3)闪点是石油产品在规定条件下加热,其蒸汽与周围空气形成的混合气接触火焰发生瞬间闪火时的最低温度。

闪点低说明柴油中轻质馏分多,蒸发性好;但也不能过低,否则,轻馏分过多,蒸发过快,将造成气缸压力突然上升,引起柴油机工作粗暴,在使用中不安全。

闪点根据测定仪器的不同有开口闪点和闭口闪点两种。用规定的闭口杯闪点测定器所测得的闪点,叫作闭口闪点。闭口闪点用于低闪点的油品,如车用轻柴油。用规定的开口杯闪点测定器所测得的闪点,叫作开口闪点。开口闪点用于高闪点的油品,如发动机油、车辆齿轮油。

4)柴油的密度过大将使雾化质量差,不能形成良好的混合气,使燃烧条件变差,排气冒黑烟。柴油密度增大意味着芳香烃含量多,将导致柴油机在工作中产生粗暴现象。

(3)燃烧性。

柴油的燃烧性是指其自燃能力,用十六烷值表示 (燃料中正十六烷的体积百分数)。

车用柴油的十六烷值越高,燃烧性越好,其自燃点就越低。柴油喷入燃烧室,在高温高压下易于形成高密集的过氧化物,成为着火中心,使着火延迟期短,整个燃烧过程发热均匀,气缸压力升高平缓,最高压力也较低。

柴油的十六烷值应与柴油机的结构相适应。选择柴油十六烷值的主要依据是柴油机转速,转速越高,燃料在气缸中燃烧的时间越短,同时对十六烷值的要求也越高。柴油机转速为1500～3000r/min,十六烷值最好为45～55单位。

(4)腐蚀性。

柴油中含的硫及硫化物、水分及酸性物质会对零件产生腐蚀作用,而且会促进柴油机沉积物的生成。

1)柴油中包含的硫经燃烧后生成硫的氧化物,与水反应生成腐蚀性的酸性物质,在高温的工作条件下,加速了气缸壁、排气管的腐蚀磨损。

2)车用柴油酸度太高,会使喷油器结胶、高压油泵柱塞磨损加大、燃烧室积炭增加、发动机功率下降。

柴油的腐蚀性指标包括硫含量、硫醇硫含量、酸度和铜片腐蚀试验等。评定柴油腐蚀性指标的测定标准与汽油相同。

(5)清洁性。

柴油机的燃料供给系统的精密偶件通过柴油进行润滑,若柴油中混入坚硬的杂质,就会堵塞油路并使柴油机机件产生磨料磨损。同时,水分的存在会加剧硫化物对金属零件的腐蚀作用。评定柴油清洁性的指标是水分、灰分和机械杂质。

(6)安定性。

柴油的安定性是指在高温及溶解氧的作用下,柴油发生变质的倾向。

夏季油箱中的温度很高,柴油进入供油系统受柴油机温度影响,温度会进一步提高,加之汽车行驶时油箱中的柴油不断地振荡,加剧了柴油与空气的混合,使柴油溶解的氧气达饱和程度。在这种条件下,柴油中的不安定组分就会在金属的催化作用下急剧地氧化,生成一氧化缩合物;在喷油器针阀上生成漆状沉积物,造成针阀黏滞,形成积炭,使喷雾恶化,甚至中断供油。而且,这些生成物会在喷油嘴上、燃烧室壁、气阀和活塞环处生成积炭,将使柴油机磨损加剧。

影响柴油安定性的主要因素是柴油中所含的不安定组分,主要是二烯烃、烯烃等不饱和烃。柴油的馏分过重,环烷芳烃和胶质含量增加,安定性也会变差。

2.轻柴油的牌号及规格

车用柴油标准 (GB/T19147—2003)按凝点将柴油分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号共7个牌号。牌号的含义为凝点。例如:10号表示该种柴油的凝点不高于10℃。其中,10号轻柴油适用于有预热设备的柴油机;其他牌号分别适用于风险率10%的最低气温8℃、4℃、-5℃、-14℃、-29℃及-44℃以上的地区使用车用柴油的标准见表4-5。

表4-5 车用柴油标准

续表

3.车用柴油使用注意事项

(1)柴油牌号的选用。

车用柴油牌号的选用应以使用环境的最低气温高于柴油冷滤点为原则。

1)环境温度的划分。

为保证柴油车的安全使用,我国规定了各地区风险率为10%的最低气温,见表4-6。该表是由我国152个气象台、站,从近20年逐日记录的最低气温中分析得出的。某月风险率为10%的最低气温值,表示该月中最低气温低于该值的概率为0.1,或者说该月中最低气温高于该值的概率为0.9。

表4-6 部分地区风险率为10%的最低气温 ℃

续表

2)车用柴油牌号的选用。

①10号柴油适合于有预热设备的高速柴油机使用。

②0号柴油适合于风险率为10%的最低气温在4℃以上的地区使用。

③-10号柴油适合于风险率为10%的最低气温在-5℃以上的地区使用。

④-20号柴油适合于风险率为10%的最低气温在-14℃以上的地区使用。

⑤-35号柴油适合于风险率为10%的最低气温在-29℃以上的地区使用。

⑥-50号柴油适合于风险率为10%的最低气温在-44℃以上的地区使用。

(2)车用柴油的合理使用。

1)柴油加入油箱前,要充分沉淀 (不少于48h)。

2)不同牌号的车用柴油可以掺兑使用。在寒冷地区,缺乏低凝点柴油时,可以向高凝点轻柴油中掺入10%～40%的灯用煤油,混合均匀可降低凝点;也可以采用适当的预热措施,提高柴油的工作温度。

3)严寒的冬季车辆不能启动时,可以采用启动燃料帮助启动。如乙醚与航空煤油按体积1∶1配制,这种燃料很容易自行着火。但禁止向柴油中加入汽油进行启动的做法,因为汽油的自燃点高于柴油,不易于压缩自燃,加入后反而更难启动。