Оптимизация эксплуатационных свойств дизельного топлива применением присадки в работе машинно-тракторных агрегатов

Дизельные двигатели – одни из главных и технически сложных механических узлов тракторов, комбайнов и другой стационарной и мобильной техники, используемой на предприятиях агропромышленного комплекса (АПК). Нарушения в работе топливной системы приводят к изменению процесса смесеобразования вследствие падения давления впрыска и цикловой подачи топлива, приводя к значительным потерям мощности двигателя [1; 2].

Дизельное топливо является смазывающей средой прецизионных сопряжений. Противоизносные свойства ДТ оказывают влияние на ресурс прецизионных сопряжений агрегатов топливной аппаратуры. Согласно исследованиям [3; 4] дизельные топлива ГОСТ 325 [5] обладают недостаточной смазочной способностью, это главная причина низкого ресурса деталей распылителей форсунок. Стандарт ЕВРО привел к снижению сернистых соединений, это уменьшает смазывающую способность топлива.

В исследованиях [6; 7] установлено: для повышения смазывающей способности топлива применяют присадки на основе продуктов растительного происхождения, в их состав входят кислоты растительных масел (таловое, льняное масла).

Изучение и внедрение в производство присадок в ДТ на основе растительных масел позволит снизить изнашивание деталей распылителей форсунок, увеличивая ресурс агрегатов топливной аппаратуры дизельных двигателей тракторов, эксплуатируемых в условиях АПК [8; 9]. Увеличение наработки деталей топливной системы дизелей позволит повысить межремонтную наработку тракторов, что очень важно при оптимизации полевых севооборотов и структуры использования полевых площадей при возделывании зерновых культур в Омской области [10].

Цель статьи – оптимизация эксплуатационных свойств товарного дизельного топлива применением противоизносной присадки на основе растительных масел для повышения наработки прецизионных сопряжений агрегатов топливных систем дизелей.

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 1(49)

PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS

Материалы и методы

К показателям топлива, влияющим на процессы испарения, смесеобразования и сгорания, износ, в первую очередь относят: плотность, кинематическую и динамическую вязкости, поверхностное натяжение.

Исследование физико-химических и противоизносных свойств дизельного топлива с присадкой ПТЛМ проводили по методикам, рекомендованным в стандартах [11; 12]. При исследовании в качестве основы композиционного топлива использовали дизельное топливо ГОСТ Р 52368–2005 (ЕН 590:2009) [9; 13]. Выбор основан на том, что топливо содержит незначительное количество серы и удовлетворяет требованиям европейского стандарта. Данное топливо широко используют на предприятиях Омской области.

Эксплуатационные показатели товарного дизельного топлива после транспортировки и при хранении на предприятиях АПК ухудшаются и перестают соответствовать требованиям ГОСТ по смазывающей способности. Поэтому цель физико-химического анализа – сравнение показателей товарного дизельного топлива ГОСТ 32511 и дизельного топлива, легированного присадкой ПТЛМ, обеспечивающей смазывающую способность.

Определение показателей, характеризующих противоизносные свойства товарного и композиционного топлива на четырехшариковой машине трения.

Присадку готовили непосредственно перед использованием. Основа присадки – льняное масло, его параметры представлены в табл. 1.

Таблица 1

Свойства льняного масла, используемого для получения присадки ПТЛМ [14]

Параметр	Величина параметра
Плотность ρмл, кг/м3 при 20°С	911
Кинематическая вязкость ν при температуре 20°С, м2/с	15,5 · 10–6
Массовая доля золы, % не более	0,15
Температура вспышки, °С, не более	240

Исследование противоизносных свойств образцов топлив определяли по европейскому методу HFRR [15]. В ходе исследований устанавливали:

– пятно износа образцов;

– несущую способность топлива по критической нагрузке;

– предельную нагрузочную способность по нагрузке сваривания.

Замеры износа образцов устанавливали, используя цифровой микроскоп Celestron 40–600 с увеличением 40–2000х, снабженный шкалой с ценой деления 0,01 мм [15].

Результаты исследования

Анализ проведенных исследований позволил установить, что в чистом виде растительное масло в ДТ не должно превышать 5%. Результаты использования дизельных топлив с концентрацией присадки представлены в табл. 2.

Таблица 2

Свойства товарного дизельного топлива и топлива с присадкой ПТЛМ

Свойства	ДТ	Концентрация присадки ПТМЛ, %
		№ 1	№ 2	№ 3	№ 4	№ 5
Плотность при 20°С, кг/м3	826	826	827	827	828	828
Вязкость кинематическая, мм2/с при 40°С	3,10	3,30	3,56	3,70	4,0	4,2
Смазывающая способность: скорректированный диаметр пятна износа при 60°С, мкм	638	501	387	323	451	478

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 1(49)

PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS

Номера образцов топлива в табл. 2 совпадают с концентрацией растительных масел в топливе. Увеличение плотности ДТ положительно влияет на качество распыла топлива в камере сгорания.

При работе двигателя на топливе с меньшей плотностью наполнение цилиндра топливом уменьшается; на топливах с повышенной плотностью – снижается экономичность работы двигателя и увеличивается дымность отработавших газов [15]. Присадка ПТЛМ при температуре t = 20°С имела плотность ρ мр = 913 кг/м³.

В табл. 3 представлены результаты исследования противоизносных свойств топлив по методу HFRR.

По данным табл. 3 получена математическая модель, отражающая зависимость диаметра износа шариков от содержания присадки ПТЛМ в топливе.

Таблица 3

Результаты определения пятна износа по методу HFRR

Образец	D из , мкм			D ср , мкм	S, мкм
	1	2	3
ДТ	539	536	527	534	6,245
1	438	443	439	440	2,646
2	442	447	449	446	3,605
3	455	451	450	452	2,646
Сумма					15,142

Результаты экспериментальных исследований изменения диаметра износа от процентного содержания ПТЛМ описываются математической моделью

Dm „ = 25,25a2 - 100,05a + 529,95, изн где α – процентное содержание присадки в дизельном топливе.

Максимальная погрешность по критерию Стьюдента – 6,33%.

При оценке противоизносных свойства топлив по величине диаметра пятна износа получены кривые (рисунок).

Зависимость диаметра пятна износа от концентрации присадки ПТЛМ в дизельном топливе

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 1(49)

PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS

Анализ кривой (рисунок) показал: при концентрации присадки ПТЛМ в топливе 1% диаметр пятна износа наименьший (440 мкм). При увеличении концентрации присадки свыше 1% диаметр пятна износа возрастает на 2% и более.

Подобный эффект объясняется тем, что при концентрации присадки ПТЛМ в дизельном топливе 1% на поверхности деталей образуется устойчивый слой смазки, который при увеличении концентрации присадки становится рыхлым, неустойчивым и некоторые участки поверхности деталей оголяются. Полученные результаты исследования показывают, что при концентрации в дизельном топливе присадки ПТЛМ в диапазоне от 1 до 3% смазывающие свойства топлива удовлетворяют нормативным требованиям.

Заключение

Согласно проведенным исследованиям применение растительных масел в качестве присадки к дизельному топливу позволяет улучшить эксплуатационные свойства дизельных топлив. Оптимальной концентрацией присадки в топливе следует считать 1–3%. Эксплуатационные свойства дизельного топлива с присадкой соответствуют требованиям ГОСТ 325:

– плотность – 827 20°С, кг/м3;

– вязкость – 3,7 мм2/с;

– скорректированный диаметр пятна износа по методу HFRR – 323 мкм при 60°С.