柴油和汽油一样,是从石油中提炼出来的,也是由碳氢元素混合组成的烃类化合物。
在石油蒸馏过程中,温度在200~350°C之间的馏分即为柴油。柴油分为轻柴油(沸点范围为180~370°C)和重柴油(沸点范围为350~410°C)两大类。一般在加油站销售的都是车用柴油,即轻柴油。
一、柴油的主要性能指标
理想的发动机应该具备大功率、低油耗、低污染的特点。由于柴油机的可燃混合气形成方式、着火方式、燃烧过程等与汽油机不同,所以柴油机要求的柴油使用性能与汽油不同。对柴油的主要性能要求,具体如图所示。
其中,柴油使用性能中最重要的是燃烧性和低温流动性。
(一)低温流动性
1.低温流动性对发动机的影响
轻柴油的低温流动性是指在低温条件下具有一定的流动状态的性能,它表示燃料不经加热而能输送的最低温度。轻柴油的密度和黏度都比汽油大,随着温度的降低,轻柴油自黏度会变得更大。
如果柴油的低温性不好,在低温下失去流动性,就会妨碍柴油在油管和滤清器中顺开通过,使供油量减少甚至中断,导致发动机不能正常工作甚至熄火。因此,为能按发动*工况需求可靠地供给燃油,要求轻柴油应具有良好的低温流动性。
2. 低温流动性的评价指标
轻柴油低温流动性的评价指标为凝点、浊点、冷滤点,具体见下表。
冷滤点与油点、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。
在选用类油牌号时,应同时兼顾当地气温和柴油牌号对应的冷滤点:5号轻柴油的冷滤点为8°C,0号轻柴油的冷滤点为4°C,-10号轻柴油的冷滤点为-5°C,-20号轻柴油的令滤点为 14°C。
(二)雾化和蒸发性
1. 雾化和蒸发性对发动机的影响
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
液体雾粒气化蒸发的能力。在既定燃烧室和喷油设备的前提下,柴油的雾化和蒸发性就决定了可燃混合气形成的品质及速度。
2. 雾化和蒸发性的评价指标
轻柴油雾化和蒸发性的评价指标具体如图所示。
(1)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%回收温度、90%回收温度和95%回收温度三个温度点。
① 50%回收温度,表示柴油中轻质馏分的含量。50%回收温度低,说明油中轻质馏分多,蒸发性好,易形成均匀的混合气,柴油机易启动。不过,该温度也不宜过低,过低会因轻质馏分太多而使发动机产生工作粗暴的现象。国家标准规定轻柴油50%回收温度不高于300°C。柴油50%回收温度与发动机启动性能的关系,具体见下表。
②90%回收温度和95%回收温度,表示柴油中重质馏分的含量。90%回收温度和95%回收温度高,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%回收温度不高于355°C,95%回收温度不高于365°C。
(1)运动黏度 运动黏度表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度,其值相同温度下液体的动力黏度与其密度之比。运动黏度影响着柴油的流动性和雾化质量,具体如图所示。
(3)密度 柴油的密度过大,将使雾化质量变差,混合气燃烧条件恶化,排气冒黑烟,发动机经济性下降。柴油密度的测定按照《原油和液体石油产品密度测定法(密度计法)》的规定进行。
(4)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C表示。闪点是表示柴油蒸发和安全性能的指标。闪点过低,则说明柴油中混有少许轻质油,柴油蒸发性好,不过如果闪点过低,则发动机工作粗暴。闪点高低影响柴油储存、运输、使用以及发生交通事故后的安全性,因此国家标准严格规定的闪点值为≥55°C。
(三)燃烧性
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。柴油机要求柴油喷入燃烧室后迅速与空气形成均匀的混合气,并立即自动着火燃烧,因此要求燃料易于自燃。从燃料开始喷入气缸到开始着火的间隔时间称为滞燃期或着火落后期。燃料的自燃点(在空气存在下能自动着火的温度)低,则滞燃期短,即着火性能好。
1、燃烧性对发动机的影响
若柴油燃烧性能较差,其着火延迟期会变长,则此期间内喷入气缸的柴油积存量过多,以致造成速燃阶段有过量的柴油同时燃烧,使气缸压力急剧升高,造成发动机运转不平稳,并产生强烈的震击声。这种不正常燃烧现象,称为柴油机工作粗暴。柴油机工作粗暴的后果会使曲柄连杆机构承受过大的冲击力作用,产生强烈的金属敲击声,加速零件的磨损和损坏,并使发动机功率下降、油耗增加。
对于燃烧性过好的柴油,其自燃点会太低,着火延迟期会过短,易使混合气来不及混合均匀就燃烧,导致燃料燃烧不完全,气缸产生的爆发压力下降,柴油机的输出功率下降。此外,由于燃料燃烧不完全,还会出现排气冒黑烟,燃料消耗增大。同时,燃烧性过好的柴油,一般凝点过高,馏分较重,也不利于使用。综上所述,轻柴油应具有较好的燃烧性能,但不可过好。
2、柴油燃烧性的主要评价指标是十六烷值和十六烷指数,具体见下表。
(四)安定性
柴油的安定性包括储存安定性和热安定性。储存安定性是指柴油在运输、储存和使用过程中保持外观、组成和使用性能不变的能力。热安定性是指柴油在柴油机的高温条件下,以及溶解氧的作用下,发生变质的倾向。柴油安定性的评价指标有色度、氧化安定性
色度,即油品颜色的深浅,用色号表示。颜色由浅到深共有16个色号,每0.5为一级。色度可直观反映油品安定性的好坏。
色度测定按照《石油产品颜色测定法》的规定,采用石油产品赛波特颜色测定器进行。
2. 氧化安定性
氧化安定性是指100mL.柴油在规定的条件下氧化后所测得的总不溶物的质量(毫克数),以mg/100mL表示。
氧化安定性的测定按照《馏分燃料油氧化安定性测定法(加速法)》的规定,采用馏分燃料油氧化安定性测定仪(加速法)进行。
3.10%蒸余物残炭
10%蒸余物残炭是指把柴油馏程试验中馏出90%后的蒸余物作为试样,经强烈加热一定时间让其裂解后,所形成的残留物。残炭值為残留物质量与原试样质量之比。10%蒸余
物残炭反映柴油馏分的轻重和精制的程度。残炭值小,说明柴油馏分轻,精制程度深;反之,则说明柴油馏分重,精制程度浅。柴油的10%蒸余物测定按照《石油产品残炭测定法》的规定,采用石油产品残炭测定仪进行。
(五)腐蚀性
轻柴油的腐蚀性主要是由其中的硫化物和有机酸等成分产生的,具体如图所示。
(六)清洁性
轻柴油的清洁性是指轻柴油中不应含有机械杂质和水分,燃烧不产生灰分等。测定方法:机械杂质按《石油产品和添加剂机械杂质测定法(重量法)》的规定进行;水分按《石油产品水分测定法》的规定进行;灰分按《石油产品灰分测定法》的规定进行。
二、轻柴油的选用
车用轻柴油的选用主要考虑环境温度,并应遵循以下原则。
① 根据柴油使用地区风险率10%的最低气温选用柴油牌号。
② 在气温允许的情况下尽量选用高牌号柴油。
③ 充分考虑季节、气温变化对用油的影响。
三、柴油使用注意事项
① 柴油加入油箱前,一定要充分沉淀(不少于48h)、过滤,除去杂质,切实做好柴油的净化工作,以保证柴油机燃料供给系统的精密零件不出故障和延长使用寿命。
② 同一质量级别、不同牌号的柴油可以掺兑使用,以降低高凝点柴油的凝点,以充分利用资源。如某地区的最低气温为—10°C,不能用-10号的轻柴油,但是用-20号的轻柴油又浪费,此时可以把-10号的和-20号的轻柴油掺和使用。
③ 低温条件下启动时可以采取预热措施,如对进气管、机油及蓄电池预热,也可采用馏分轻、蒸发性好又具有一定十六烷值的低温启动液,以保证发动机的顺利启动。低温启动液不能加入油箱与柴油混用,否则易形成气阻。
④ 冬季使用桶装高凝点柴油时,不能用明火加热,以免引起爆炸。