liczba cetanowa_mojeLKz.doc

1.  Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami charakteryzującymi paliwa przeznaczone do zasilania silników o zapłonie samoczynnym, metodyką wyznaczania liczby cetanowej paliw oraz wyznaczenie liczby cetanowej dla badanego oleju napędowego.

              2.  Wstęp

Paliwa do silników ZS muszą odznaczać się dużą zdolnością do rozpylania, odparo­wywania i mieszania się z powietrzem, aby zapewnić łatwy rozruch silnika oraz dużą jego trwałość i niezawodność. Podstawowym wymogiem stawianym olejom napędowym jest łatwość ich samozapłonu po wtryśnięciu do cylindra oraz całkowite i zupełne spalanie.

Powszechnie stosowanymi paliwami do zasilania tłokowych silni­ków spalinowych

o zapłonie samoczynnym są oleje napędowe. Są one mieszaniną wę­glowodorów, które zawierają 14 - 20 i więcej atomów węgla w cząsteczce. Ich temperatura wrzenia jest od 150°C do 380°C. Uzyskuje się je poprzez destylację ropy naftowej oraz wtórnej przeróbki frakcji ciężkich, pozostałych po destylacji ropy naftowej (hydrokrakowanie, krakowanie katalityczne). W skład olejów napędowych wchodzą przede wszystkim wę­glowodory parafinowe i naftenowe, jak również węglowodory aromatyczne. Paliwa te mogą być stosowane samodzielnie, a alternatywne paliwa ciekłe mogą być dodawane w okre­ślonych ilościach do olejów napędowych.

Paliwami alternatywnymi do zasilania silników o zapłonie samoczynnym są paliwa roślinne  ( olej słonecznikowy, sojowy, rzepakowy) .

Oleje roślinne można poddać procesom przetwórczym transestryfikacji, w wyniku któ­rych uzyskuje się estry kwasów tłuszczowych.

Estry w porównaniu z surowym olejem charakteryzują się niższą temperaturą mętnienia

i krzepnięcia i zawierają znacznie mniej związków powodujących tworzenie osadów

w komorze spalania.

              Jednym z podstawowych parametrów oleju napędowego jest jego zdolność do samo­zapłonu oceniana wartością liczby cetanowej. Zdolność paliwa do samozapłonu zależy od jego składu frakcyjnego. Najlepsze właściwości do samozapłonu mają węglowodory parafi­nowe o długich, prostych łańcuchach nasyconych. Wadą węglowodorów parafinowych jest wysoka temperatura krzepnięcia oraz krystalizacja parafiny przy jej ochładzaniu. Powoduje to blokowanie przepływu paliwa i unieruchomienie silnika.

Lepkość to miara tarcia wewnętrznego, charakteryzującego opór, jaki występuje przy przepływie paliwa. Od lepkości zależy opór przepływu paliwa przez: przewody i filtry pali­wowe i dysze rozpylacza. Wpływa ona też na przebieg procesu wtrysku paliwa realizowany za pomocą precyzyjnych elementów układu wtryskowego. W miarę zwiększenia lepkości oleju zmniejsza się stopień rozpylenia i odparowania strumienia paliwa, zwiększa się zasięg strumienia wtryskiwanego paliwa i paliwo może osadzać się na denku tłoka i ściankach ko­mory spalania.

Gęstość paliwa decyduje o wielkości energii doprowadzonej z paliwem do cylindra   w czasie jednego cyklu pracy silnika. Wpływa również podobnie jak lepkość na zasięg strumienia paliwa w cylindrze. Zmniejszenie gęstości paliwa zmniejsza moc silnika

i powoduje wzrost jednostkowego zużycia paliwa.

Temperatura mętnienia jest to najwyższa temperatura, w której olej napędowy mętnie-s wskutek wydzielania drobnych kryształków odrębnej fazy, np. parafiny. Temperatura krzepnięcia jest temperaturą w której ciecz całkowicie traci swoją płynność.

Zawartość siarki w oleju napędowym wpływa na emisję tlenków siarki, cząstek sta­łych i tlenków azotu do atmosfery wraz ze spalinami. Siarka zawarta w paliwie w procesie spalania w silniku zostaje utleniona do dwutlenku siarki, który utleniony do może łączyć się z wodą powstającą podczas procesu spalania i tworzyć kwas siarkowy. Dwutlenek i trójtlenek siarki emitowane wraz ze spalinami do atmosfery powodują po­wstawanie tzw. kwaśnych deszczów, a kwas siarkowy jest przyczyną korozji elementów silnika. Zawartość siarki          w paliwie powoduje ograniczenie skuteczności działania katali­zatora spalin.

Liczbę cetanową paliwa oznacza się na specjalnym jednocylindrowym, wzorcowym silniku o zapłonie samoczynnym i o zmiennym stopniu sprężania. Zmianę stopnia sprężania w tym silniku uzyskuje się poprzez zmianę objętości komory spalania, wkręcając lub wykręca­jąc za pomocą śruby mikrometrycznej tłoczek.

Określa się ją poprzez porównanie zdolności do samoza­płonu w silniku zasilanym paliwem badanym ze zdolnością do wystąpienia samozapłonu w silniku zasilanym paliwem wzorcowym o znanej liczbie cetanowej. Umownie przyjęto dwa paliwa wzorcowe

o przeciwstawnych własnościach dotyczących ich zdolności do samo­zapłonu. Przyjęto, że skłonny do samozapłonu cetan ma liczbę cetanową równą 100, nato­miast odporny na samozapłon α-metylonaftalen ma liczbę cetanową równą 0. Przez zmiesza­nie wyżej wymienionych węglowodorów można otrzymać paliwa wzorcowe

o liczbach cetanowych zawartych w zakresie od 0 do 100 jednostek.

Podczas wyznaczania liczby cetanowej na stanowisku wzorcowym paliwo badane po­równuje się z dwoma paliwami wzorcowymi. Jedno z nich ma liczbę cetanową mniejszą,       a drugie większą od badanego paliwa. Różnica liczb cetanowych paliw wzorcowych nie może przekroczyć czterech jednostek liczby cetanowej. Dla każdego z badanych paliw wyznaczamy stopień sprężania przy którym samozapłon paliwa następuje w górnym martwym położeniu tłoka.

              3.  Przebieg ćwiczenia

W celu wyznaczenia liczby cetanowej badanego paliwa należy kolejno wykonać:

- rozruch silnika i ustalenie warunków pracy silnika zgodnych z wymaganiami normy

   PN-93/C-04030,

- ustalić zużycie paliwa; przy zasilaniu silnika badanym paliwem należy wyregulować przepływ paliwa na 13 ±0,5 cm3/min,

- ustalić kąt wyprzedzenia wtrysku paliwa na 13° przed GMP poprzez obracanie śruby

   mikrometrycznej pompy paliwowej,

- ustalenie krytycznego stopnia sprężania,

- ustalenie stopnia sprężania zapewniającego samozapłon mieszanki paliwowo-powietrznej w GMP i odczytanie wskazania śruby mikrometrycznej, określającej głębokość wsunięcia tłoczka do komory spalania, a tym samym stopień sprężania,

- oszacowanie przybliżonej wartości liczby cetanowej w oparciu o odczytane wskazanie śruby mikrometrycznej i porównanie uzyskanego wyniku z wynikami wcześniejszych ba­dań paliw, prowadzonych na tym silniku,

- przygotowanie dwóch paliw wzorcowych, z których jedno zapala się w GMP przy wyż­szym stopniu sprężania, a drugie przy niższym stopniu sprężania niż badane paliwo; pali­wa wzorcowe nie powinny się różnić od siebie więcej niż o 4 jednostki liczby cetanowej,

- zasilać kolejno silnik paliwami wzorcowymi, wyregulować wydatek paliwa na

  13 ±0,5 cm3/min, dla każdego z paliw ustalić stopień sprężania zapewniający ich samozapłon w GMP tj. 13° po zapoczątkowaniu wtrysku, odczytać wskazania śruby mikrometrycznej,

- dla każdego z paliw (badanego, wzorcowego 1, wzorcowego 2) oznaczenia stopnia sprę­żania synchronizacji samozapłonu powtórzyć trzykrotnie,

-liczbę cetanową badanego paliwa obliczyć przy pomocy wzoru.

4.      Wyniki pomiarów i obliczeń

Obliczam wartość liczby cetanowej wg poniższego wzoru:

gdzie:

LC - liczba cetanowa paliwa badanego,

LC1 - liczba cetanowa paliwa wzorcowego zapalającego się w GMP przy wyższym stopniu sprężania niż badane paliwo,

LC2 - liczba cetanowa paliwa wzorcowego zapalającego się w GMP przy niższym stopniu sprężania niż badane paliwo,

a - średnia arytmetyczna wskazań mikrometru przy zapłonie w GMP i zasilaniu silnika pali­wem badanym o oznaczanej LC,

a1 - średnia arytmetyczna wskazań mikrometru przy zapłonie w GMP i zasilaniu silnika pali­wem wzorcowym o liczbie cetanowej LC1,

a2 - średnia arytmetyczna wskazań mikrometru przy zapłonie w GMP i zasilaniu silnika pali­wem wzorcowym o liczbie cetanowej LC2.

5.      Wnioski

Dzięki przeprowadzeniu ćwiczenia mogliśmy zapoznać się ze sposobem wyznaczania liczby cetanowej. Wyznaczona liczba dla badanego oleju napędowego wynosiła LC=51,82.

Wartość ta porównaliśmy z aktualnie obowiązującą normą PN-EN ISO 4259:2002, która to określa wymagania dotyczące oleju napędowego. Norma podaje że minimalna dopuszczalna wartość liczby cetanowej wynosi 51, więc badany olej napędowy spełnia wymagania tej normy.

4