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柴油的流動性一般用凝固點(簡稱凝點)和黏度來表示。凝點主要用來表征柴油的低溫流動性,是柴油最重要的使用性能指標,黏度表示柴油供油性能及霧化性能的好壞。
凝點是指在一定條件下柴油失去流動性的溫度。由于柴油的凝點一般剛好處于日常環境溫度變化范圍之內,因此,當使用條件不當時,柴油在低溫下就會變成膏狀物,導致無法給發動機供油而影響柴油機的正常工作。另外,柴油在低溫下的儲存、運輸作業也與柴油的凝點高低有關。因此,低溫流動性對柴油具有重要意義。
引起油品凝固的原因有兩類,即黏溫凝固和構造凝固。對于蠟含量比較低的柴油,黏度隨著溫度的降低而增大,當黏度增大到一定程度時,柴油就會由于過于黏稠而失去流動性,稱為黏溫凝固,有點兒類似食用花生油在冬天低溫下的狀態。構造凝固是指含蠟量比較高的柴油,隨著溫度的降低,蠟的溶解度降低,會從柴油中結晶析出,當結晶蠟在柴油中的含量達到一定程度后,就會形成相互連接的網狀結構,將還處于流動狀態的其他柴油組分包裹于網狀結構中,從而使柴油的流動性變差,就像將十幾個足球裝到球網里面一樣,雖然每個足球仍有一定的活動自由度,但球網可以將所有足球網羅在一起,不會到處滾動。
不管是黏溫凝固,還是構造凝固,實際上,柴油都沒有真正凝固(凝固一般是指液態的晶體物質隨溫度的降低而形成規則排列的穩定結構),只是流動性變得非常差了而已,并沒有完全失去流動性,事實上,用手觸碰一下凝固的柴油,就會發現柴油仍然是軟的。柴油之所以不能像水一樣,在某一個溫度時立即失去流動性而變成固體,是因為柴油不是一種純化合物,而是一種復雜的混合物,是非晶體,沒有固定的凝固點。
由于大多數柴油的凝點處于日常環境溫度變化范圍之內,當發動機加了凝點比較高的柴油后,如果突然遇到降溫,柴油就會在發動機的油箱及輸油管中變成流動性很差的膏狀物,不能給發動機正常供油,所以有的柴油機在冬天的早晨發動困難,與此有關。當溫度升高以后,柴油會重新變成流動性較好的液體。例如,在北方冬天的農村,會見到有人拿玉米秸稈烤拖拉機,就是為了將凝固的柴油重新熔化。
低溫流動性是柴油最重要的使用性能,柴油一旦失去流動性,就無法給發動機正常供油,柴油機也就無法正常工作,即使柴油的其他性能再好也毫無意義,尤其是在低溫環境下工作時更為重要。如在秋冬季,有的柴油車在前一天氣溫比較高的時候,加了高牌號的柴油,第二天突然降溫,發動機就無法啟動了;或者有的車加了高牌號柴油,在車一直開著的時候,發動機正常運轉,但是當車停下一段時間,發動機溫度降下來后,再啟動就會很困難。因此,柴油是以表征低溫流動性能的指標--凝點來劃分牌號的,如0#柴油就是指此牌號柴油的凝點不能高于0℃。
在凝點時,柴油已經處于凝固狀態,變成一種膏狀物,失去流動性并且不能為發動機正常供油,柴油已經完全不能使用了。事實上,柴油在溫度達到凝點之前就已不能使用了。為了阻止柴油中混入的極少量固體物質進入發動機而對汽缸造成破壞,在發動機的輸油管上都裝有濾網,濾網不具有選擇性,當柴油的黏度或其中析出的蠟結晶足夠大時,雖然此時的柴油還具有一定的流動性,但濾網已經開始阻礙柴油的正常通過,造成發動機供油困難。柴油能夠正常通過濾網的最低溫度稱為冷濾點,即在規定條件下,當柴油通過過濾器(濾網)的流速為每分鐘不足20毫升時的最高溫度,是柴油能夠正常使用的極限低溫。同一個柴油的冷濾點往往比凝點高5~10%,所以去加油站加柴油時,一般應選擇牌號比環境溫度低5~10個單位的柴油使用,即環境溫度不能低于所選柴油的冷濾點。
除在低溫下采用凝點和冷濾點等表示流動性外,柴油還采用黏度表示常規狀態下的流動性,主要是表征柴油通過輸油管和噴嘴時的流量、流動壓力降及霧化狀態等。發動機工作過程中,柴油是先經高壓油泵通過噴嘴噴入發動機汽缸,再燃燒放熱做功的。如果柴油的黏度不合適,柴油噴入汽缸后的射程遠近、霧滴在汽缸內的分布及粒徑等都不合適(可以想象一下噴壺在壓力過大或過小時噴灑出水滴的情況),不能與汽缸中的空氣混合均勻,導致柴油燃燒不完全,油耗增大。柴油的黏度過大,還會造成發動機供油困難。
同時,柴油還作為柴油機輸油泵和高壓油泵的潤滑劑,如果黏度不合適,柴油的潤滑性能不好,無法為油泵提供可靠的潤滑,導致發動機的精密部件過度磨損。因此,柴油的黏度必須合適,不能過大或過小,每一個不同牌號的柴油都對其黏度范圍進行了限制。
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