3. Дизельді қозғалтқыштарда қолданатын отындар

Қозғалтқыштардың қозғаушы күші отын жанғанда пайда болатын газдың қысымы арқылы алынады. Іштен жанатын қозғалтқыштар ІХ ғасырдың аяғында алғаш пайда болған кезде отын тек электр ұшқыны арқылы тұтанатын. Неміс ғалымы Р. Дизельді кейбір көмірсутектерге жоғары қысым түсірсе, өздігінен тұтанатын және соның негізінде іштен жанатын қозғалтқыштар жасауға болатынын дәлелдеді. Сонымен, ешқандай ұшқынсыз, үлкен қысым арқылы от алып, жұмыс істейтін іштен жанатын қозғалтқышты ғалымның құрметіне «дизельді қозғалтқыштар» деп атады.

Дизельді қозғалтқыштарды халық шаруашылығының бар­лық салаларында қолданады. Олардың ең басты құндылығы – жоғары үнемділігінде. Дизельді қозғалтқыштар карбюраторлы қозғалтқыштарға қарағанда отынды 25-30% аз жұмсайды және ауыр салмақты күрделі көмірсутектерді қолдануға болады.

3.1. Дизельді отындардың сапаларына қойылатын пайдалану талаптары

Дизельді отындар – бұл негізі қайнау температурасы 200-350⁰С аралығын қамтитын көмірсутектерден тұратын мұнай фрак­циясы. Дизельді отын – мөлдір, бензинге қарағанда тұт­қыр­лығы жоғары сұйықтық. Оның түсі құрамындағы шайыр мөл­шеріне байланысты: сарыдан ашық қоңыр түске дейін болады. Дизельді отын суда ерімейді және одан жеңіл.

Дизельді отындарға қойылатын талаптардың ерекшелігі қоспа жасау мен тұтанудың өзгеше болуынан туады. Қойылатын талаптарды төрт топқа бөлуге болады:

1) қандай да болмасын ауа райында отынды жану камера­сына бүріккенде оның жақсы қоспа жасауды қамтамасыз ете­тін­дей қасиеті болуы керек. Дизельді отынының тұтқырлығы, ты­ғыздығы, фракциялық құрамы, қаныққан бу қысымы қалып­ты мөлшерде болуға тиісті;

2) отын жақсы тұтанып, барынша толық жанып, қоз­ғалт­қыштың жеңіл жұмыс істеуін қамтамасыз етуі керек. Аталған талаптарды орындау үшін отынның жану жылуы мейлінше жо­ғары және өздігінен жану кедергісі болуы; түтінінде күйе, улы зат­тар жоқ болуы және толық жануы; бүріккіште қақтың, шө­гін­ділердің пайда болуына бейімділігі аз болуы және мүжілдіретін агрессивті заттарды шығармауы керек;

3) отын тасымалдауға ыңғайлы, қоректену жүйесіне оңай түсетін болуы керек. Бұл талаптарды орындау үшін отын уақыт өте келе пайдалану қасиетін жоғалтпауы керек, лайлану, қату тем­пературалары неғұрлым төмен, тығыздық-температуралық қи­сы­ғы қарапайым болып, төмен температурада жақсы айдалуы керек, құрамында механикалық қосылыстары болмай, өте аз ша­мадағы ерітінді ретінде су болуы ықтимал.

Қоректену жүйесінің тетіктерінде шөгінділер қалдырмай, өрт шығару қаупі мейлінше төмен болуы керек;

4) отын арзан, барынша усыз және табиғи қоры, мүмкін­шілігі жеткілікті болуы керек.

Аталған талаптарды 150-360⁰С аралығында қайнайтын кө­мір­су­тектердің қоспалары қанағаттандырады, оларды жедел ди­зель­ді қозғалтқыштардың отыны дейді.

3.2. Отынның қоспа жасау қасиеті

Қоспаның сапасы мен жақсы жануы дизельді қозғалт­қыш­тың жұмыс істеу барысының ерекшелігіне байланысты.

Дизельді қозғалтқышта піспек төменгі өлі нүктеге жыл­жы­ғанда ауа сорылады да, ал жоғары өлі нүктеге жеткенше сорылған ауаны қысады, сонда қысым мөлшері 25-30 кгк/см²-қа жетеді де, ауаның температурасы 500-600⁰С–ға көтеріледі. Ци­лин­дрдегі ауа­ның тығыздығы қоршаған ортаның тығыз­ды­ғынан 12-14 есе артық болады. Осындай жағдайдағы ауаға қысу так­тісінің аяғында отын бүркіледі. Қоспа цилиндр кеңістігінде жа­салады. Қоспа жасау иінді біліктің 20 мен 40⁰ бұрышқа бұ­рылу аралығында болып, 0,02-0,002 секунд ішінде өтеді. Яғни кар­бюраторлы қозғалтқышпен салыс­тырғанда қоспа жасауға уақыт 10 есе аз жұмсалады. Соған қарамастан жоғарыда айтыл­ғандай ди­зельді қозғалтқышта булану қасиеті аз ауыр отын қолданылады.

Отын жану камерасына 1500 кгк/см² тең қысыммен бүрік­кіш арқылы бүркіледі. Сонымен, отын тығыздалған, жақсы қыз­ған, үйірілген ауаға бүркіліп, ұсақ тамшыға айналып, тұман тә­різді отын шырағын (факел) жасайды. Тамшылардың саны бір­неше млн болып, абсолюттік өлшемі 3-5-тен 100-150 мкм ара­лығында болады. Тамшылардың өлшемі мен саны шырақта бір­келкі емес. Шырақтың осінде ірі тамшылар үлкен жылдам­дық­пен зымырайды, ал шырақтың шет қабатында тамшылардың ты­ғыз­дығы аз болып, өлшемі мен жылдамдығы төмен болады. Ты­ғыз ауаға бүркілген тамшылар сол сәтте тұтана қоймайды. Отын бүркілген сәттен жалындағанша біраз уақыт өтеді. Бүрку мен қос­па жасау процесі тұтану басталғаннан кейін де болып жатады.

Қоспаның жасалуына дизельдің құрылымдық өзгеше­лік­терімен қатар отынның ерекшеліктері де өз әсерін тигізеді. Қос­па­ның жасалуы отынның тұтқырлық, тығыздық, фракция­лық құ­рамы, қаныққан бу қысымы, беттік керілуі, жасырын жылу булануы, жылу сыйымдылығы сияқты қасиеттеріне байланысты болады.

Отынның тұтқырлығы жоғары болса, олардың бүркілуі қиындап, шырақтағы тамшылар ірі болып, нашар буланады. Өте тұтқыр отын кеш жанып бітеді де, қозғалтқыштың үнемділігі азайып, түтіні молаяды.

Тұтқырлығы көп отынның бір бөлігі жану камерасының қабырғасына дейін барып, қоспа жасалу процесін нашарлатады.

Тұтқырлықтың аз болуы да қоспаның жасалуын нашарла­тады. Мұндай жағдайда тамшылар ұсақ болып, тығызданған ауа­да олардың жылдамдығы тез азаяды. Ұзындығы қысқа шы­рақта жану камерасының кеңістігі толық пайдаланылмайды. Со­рылған ауа қоспа жасауға толық жұмсалмайды. Қоспада отын­ның үлесі артық болып, ол толық жанбайды. Үлкен қысым­мен берілген отынның тұтқырлығы зертханада анықталған тұт­қыр­лықтан өзгеше. Қысымы ұлғайғандағы дизельді отынның тұт­қырлығы атмосфералық қысымдағыдан артық болады. Тұт­қыр­лықтың қысыммен байланысын мынадай формуламен анықтай­ды.

(5)

мұндағы: - атмосфералық қысымдағы тұтқырлық; е – натуралды логарифмнің негізі; - тұтқырлықтың пьезоеселігі; - әсер етуші қысымның мөлшері.

Бұл жағдай жоғары қысымды сораптың жұмысына отын тұтқырлығының әсерін бағалауда аса маңызды. Ондай сорапта жоғарғы қысым беретін плунжер жұбы бар, ал жұптың ара саңылауы 2-3 мкм. Бір жағынан, отын осындай аз саңылаудан ақпайтындай тығыз болуы керек. Неғұрлым тұтқырлық аз болса, отынның саңлаудан ағуы көп болады. Екіншіден, плунжер жұбының арасында отын жағар май қызметін де атқаруы керек.

Ертеректе дизельді отынның тұтқырлығы 5 сСт болғанда ғана отын қызметін орындайды деп санайтын. Қысым ұлғайған кезде сұйық тұтқырлығының арту қасиетін ескеріп, плунжер жұ­бын майлау үшін отынның тұтқырлығы 2 сСт болса да жет­кілік­ті екеніне көз жетті. Сонымен, осы кездегі сораптарда үлкен қы­сыммен (1500 кгк/см² немесе одан да жоғары) отынның айдал­уы­на байланысты олардың бастапқы тұтқырлығына көзқа­рас өзгерді. Тұтқырлықтың төменгі деңгейіне деген талап басқаша. Зерттеудің және қолданушылық сынаудың негізінде жаздық ди­зельді отынның тұтқырлығы 3 сСт-тан артық, 8 сСт-тан кем бол­уы керек; қыстық отындікі – 2,2-6 сСт аралығында, ал арктика­лық климат үшін - 1,5-4 сСт аралығында болуы керек деп есеп­теледі.

Қоспа жасалуына тығыздықтың әсері тұтқырлықтың әсер етуіне ұқсас. Тығыздығы үлкен отынның шырағы ұзын, тамшы­лары ірі және олардың массасы үлкен болады.

Шырақтың ұзындығы қалыптағыдан артық болуы қоз­ғалт­қыштың үнемділігін нашарлатып, түтінін қоюлатады. Ди­зельді отынның тығыздығының аздығы да қоспа жасалу про­цесін нашарлатады, себебі массасы аз тамшылар жылжу жыл­дам­дығын тез азайтады, шырақтың ұзындығы да аз болады, жа­ну процесі бүріккіштің бүрку соплосының маңайында өтеді. Сорылған ауа толық қолданылмай, отын толық жанбайды.

Отынның тығыздығы қазіргі кездегі техникалық шарт бойынша шектелмейді, әйтсе де, қолданатын дизельді отыны­ның тығыздығы 0,82-0,86 г/см³ аралығында болғаны жөн.

Дизельді отынның фракциялық құрамы мен қаныққан бу қы­сымы мөлшерінің қоспа жасауға әсері көп. Жеңіл фрак­циялық құрам тезірек буланады, біртекті қоспа жасауға уақыт аз кетеді. Алайда тым жеңілденген фракциялық құрам қозғалт­қыштың жұмысын бұзады. Мұндай жағдайда отын буланғыш бол­ғандықтан, қоспаның өздігінен тұтану мезгіліне қозғалтқыш­тың цилиндрінде көбірек бу жиналып қалады. Жиналған будың бә­рі бірден от алғанда қысым кенеттен көбейіп кетеді де, қоз­ғалтқыштың жұмысы қатаң болып шығады.

Аз буланатын ауыр фракциялы отынды қолданғанда тамшылардың барлығы берілген уақыт ішінде буланып үлгір­мейді де, аяғында жанбай қалады. Бұл жағдай да қозғалтқыш­тың үнемділігін азайтып, түтінін көбейтіп, жану камерасында бүріккіштің тетіктерінде шөгінділердің пайда болуына әкеліп соғады. Одан басқа жанбаған отындар цилиндрдің қабырғасы­мен ағып, ондағы отынды шайып кетеді. Ал ол жағдай цилиндр-піспек тобын тез тоздырып, картердегі отынды ластап сұй­ылтады. Сондықтан дизельді отынының фракциялық құрамы тиісті мөлшерде болуы қажет. Дизельді отынның құрамы да, бен­зиндегідей, 10%, 50%, 90% қайнау температурасының өл­шемімен бағаланады. Қайнаудың соңы деп отынның 96%-ның булану температурасын есептейді. Дизельді отынның тұтанғыш­тық қасиетіне отынның 50%-ның булану температурасы мөлше­рінің тек жартылай әсері бар. Отынның 90%-ның және 96%-ның булану температурасының мөлшері отында ауыр фракция­лардың барлығын көрсетеді. Олар қоспа жасауды нашарлатып, қозғалтқыштың үнемділігін азайтады, күйіктенуді көбейтіп, қозғалтқыштың түтінденуін де арттырады.