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柴油的著火性
閱讀：4044 發(fā)布時(shí)間：2013-7-16
柴油的著火性
1.質(zhì)量要求
（1）柴油機(jī)的爆震 柴油機(jī)工作過程與汽油機(jī)即相似又有本質(zhì)區(qū)別。其工作過程與汽油機(jī)既相似又有本質(zhì)區(qū)別。其工作過程也分為吸氣、壓縮、膨脹做功和排氣四個(gè)行程；不同的是柴油機(jī)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(dá)500-700℃，壓力達(dá)3.5-4.5Mpa,已超過柴油的自燃點(diǎn)，所以噴入汽缸的燃料靠自燃而膨脹做功，故柴油機(jī)又稱為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。
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(shí)際上從柴油噴入至自燃，往往還有一定的時(shí)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(diǎn)等物理化學(xué)準(zhǔn)備的緣故。從噴油器開始噴油到柴油開始著火這段時(shí)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(jī)工作狀況的影響卻很大。
正常情況下，柴油的自燃點(diǎn)較低，著火滯后期短，燃料著火后，邊噴油、邊燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，熱功效率高。但如果柴油的自燃點(diǎn)過高，則著火滯后期延長，以至于在開始自燃時(shí)，汽缸內(nèi)積累較多的柴油同時(shí)自燃，溫度和壓力劇烈增高，沖擊活塞頭劇烈運(yùn)動(dòng)而發(fā)生金屬敲擊聲，這就是柴油機(jī)的爆震。柴油機(jī)的爆震同樣會(huì)使燃料燃燒不*，形成黑煙，油耗增大，功率降低，并使機(jī)件磨損加劇，甚至損壞。
柴油機(jī)的爆震與汽油機(jī)有著本質(zhì)的不同。汽油機(jī)是點(diǎn)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(fā)生在燃燒末期；而柴油機(jī)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(fā)生在燃燒的初期。
（2）影響柴油機(jī)爆震的因素 影響柴油機(jī)爆震的因素較多，其中柴油的著火性（或稱發(fā)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(nèi)壓力上升平緩，柴油機(jī)工作穩(wěn)定。柴油著火性的好壞與其化學(xué)組成及餾分組成密切相關(guān)。試驗(yàn)表明，相同碳原子數(shù)的不同烴類，正構(gòu)烷烴的滯燃期zui短，物側(cè)鏈稠環(huán)芳烴的滯燃期zui長，正構(gòu)烯烴、環(huán)烷烴、異構(gòu)烷烴居中；烴類異構(gòu)化程度越高，環(huán)數(shù)越多，其滯燃期越長；芳烴和環(huán)烷烴隨側(cè)鏈長度的增加，其滯燃期縮短，而隨側(cè)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(zhì)量越大，而穩(wěn)定性越差，自燃點(diǎn)越低，其滯燃期越短。由相同類型原油生產(chǎn)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(jīng)過加氫精制的柴油，由于其中的烯烴轉(zhuǎn)變?yōu)橥闊N，芳烴轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)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(diào)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(shí)硝酸烷基酯。
影響柴油機(jī)爆震的因素與汽油機(jī)有著根本的不同。汽油機(jī)提高壓縮比或增高汽缸溫度會(huì)促發(fā)爆震，而柴油機(jī)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(jī)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(zhì)的影響，因此壓縮比可以盡可能的增大（可高達(dá)16-24），使燃料轉(zhuǎn)化為功的效率顯著提高，實(shí)際上柴油機(jī)燃料的單位消耗率比汽油機(jī)約低30%-70%，非常經(jīng)濟(jì)。
（3）質(zhì)量要求 要求輕質(zhì)柴油和車用柴油有良好的燃燒后性，十六烷值適宜，自燃點(diǎn)低，燃燒*，發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性好，不發(fā)生爆震現(xiàn)象，能發(fā)揮應(yīng)有的功率。
2.評定指標(biāo)及意義
輕柴油和車用時(shí)評價(jià)柴油燃燒性（抗爆性）能的重要指標(biāo)，具體用十六烷值和十六烷指數(shù)來評定。
（1）十六烷值 十六烷值時(shí)表示柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)中著火性能的一個(gè)約定量值。它是在規(guī)定操作條件的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，將柴油試樣與標(biāo)準(zhǔn)燃料進(jìn)行比較測定，當(dāng)兩者具有相同的著火滯后期時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)燃料中的正十六烷值即為試樣的十六烷值。
標(biāo)準(zhǔn)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(guī)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 計(jì)算結(jié)果，取兩位小數(shù)。
式中 CN----標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值；
Φ1--－標(biāo)準(zhǔn)燃料中正十六烷的體積分?jǐn)?shù)，%
Φ2--－標(biāo)準(zhǔn)燃料中七甲基壬烷的體積分?jǐn)?shù)，%
通常， 十六烷值高的柴油，自燃點(diǎn)低，著火性好，燃燒均勻，易于啟動(dòng)，不易發(fā)生爆震現(xiàn)象，發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)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(shí)還未與空氣形成均勻混合氣，致使燃燒不*，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(huì)減少燃料的來源。因此，從使用性和經(jīng)濟(jì)性兩方面考慮，使用十六烷值適當(dāng)?shù)牟裼筒藕侠恚ǔ２裼蜋C(jī)的轉(zhuǎn)速越大，要求燃料的十六烷值越高。
不同轉(zhuǎn)速的柴油機(jī)對柴油十六烷值要求不同。GB/T 19147-2003中規(guī)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(guī)定輕柴油的十六烷值一律要求不小于45.
（2）十六烷指數(shù) 十六烷指數(shù)是表示柴油抗爆性能的一個(gè)計(jì)算值，它是用來預(yù)測餾分燃料十六烷值的一種輔助手段。其計(jì)算按GB/T 11139-89《餾分燃料十六烷指數(shù)計(jì)算法》進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)參照采用ASTM D 976-80,適用于計(jì)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(shù)，特別是當(dāng)試樣量很少或不具備非手動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，計(jì)算十六烷指數(shù)是估計(jì)十六烷值的有效方法。當(dāng)原料和生產(chǎn)工藝不變時(shí)，可用十六烷指數(shù)檢驗(yàn)柴油餾分的十六烷值，進(jìn)行生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。試樣的十六烷指數(shù)按下式計(jì)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(shù)
ρ20--－試樣在20℃時(shí)的密度，g/ml
B----按GB/T 6536《石油產(chǎn)品蒸餾測定法》測得的試樣中沸點(diǎn)，℃
計(jì)算結(jié)果，要求修約至整數(shù)。
式的應(yīng)用有一定局限性，它不適用于計(jì)算純烴、合成燃料、烷基化產(chǎn)品、焦化產(chǎn)品以及從頁巖油和油砂中提煉燃料的十六烷指數(shù)；也不適用于計(jì)算加有十六烷改進(jìn)劑的餾分燃料的十六烷指數(shù)。
我國車用柴油十六烷指數(shù)質(zhì)量指標(biāo)見表3-1.十六烷指數(shù)的計(jì)算還可按SH/T 0694-2000《中間餾分燃料十六烷指數(shù)計(jì)算法（四變量公式法）》進(jìn)行。
1. 測定方法
柴油十六烷值按GB/T 386-91《柴油著火性質(zhì)測定法（十六烷值法）》進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)參照采用ASTM D 613-86.測定儀器是一臺可改變壓縮比的單缸柴油機(jī)（900r/min），壓縮比可調(diào)范圍為7.95-23.50，機(jī)上裝有著火滯后期表及輔助裝置（包括四個(gè)電磁傳感器，即燃燒傳感器、噴油傳感器、及兩個(gè)參比傳感器）。
測定十六烷值的基本原理是:在標(biāo)準(zhǔn)操作條件下，將試樣的著火性質(zhì)與已知十六烷值的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)燃料相比較，其中兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)表示），據(jù)此用內(nèi)插法計(jì)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(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件，并按規(guī)定調(diào)整噴射量為13.0ml/min±0.2ml/min。燃料噴油量用測微計(jì)調(diào)節(jié)。
（2） 噴油提前角的調(diào)整 旋轉(zhuǎn)測微計(jì)，按規(guī)定調(diào)整并固定噴油提前角為上止點(diǎn)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(guān)轉(zhuǎn)到著火滯后位置，然后用手輪調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比，準(zhǔn)確鎖緊在上述要求的噴油提前角（上止點(diǎn)前13°﹚位置上，記錄手輪讀數(shù)。以同樣的方法，至少重復(fù)三遍，計(jì)算平均值。
（4） 標(biāo)準(zhǔn)燃料的選擇 選擇兩個(gè)相差不大于5個(gè)十六烷值的標(biāo)準(zhǔn)燃料進(jìn)行試驗(yàn)，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比，使試樣在儀表指示13°的手輪讀數(shù)處于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)燃料之間，否則另選標(biāo)準(zhǔn)燃料。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值和壓縮比數(shù)值，用內(nèi)插法按式（3-4）即可計(jì)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(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值；
CN2--------高十六烷值標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值；
a---------試樣三次測定手輪讀數(shù)的平均值；
a1--------低十六烷值標(biāo)準(zhǔn)燃料三次測定手輪讀數(shù)的平均值；
a2--------高十六烷值標(biāo)準(zhǔn)燃料三次測定手輪讀數(shù)的平均值。
計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確至小數(shù)點(diǎn)后一位，作為十六烷值測定結(jié)果。報(bào)告時(shí)，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(yīng)用于柴油的生產(chǎn)、質(zhì)檢和科研中。它們多為快速、簡便、數(shù)顯式多功能分析儀器，一般能同時(shí)測定柴油的十六烷值、十六烷指數(shù)、十六烷添加劑、總芳香族化合物含量等多種參數(shù)。