Какое цетановое число у дизельного топлива

Экологические требования к дизельному топливу

В последнее десятилетие 20 в. наметилась тенденция ужесточения экологических требований.
Отечественные нормы содержания серы, цетанового числа и фракционного состава ниже
европейских.

Вязкость топлива за рубежом рассчитывается, принимая в расчет температуру +40°С, и
составляет 2,0-4,5 мм2/с. Содержание сернистых соединений постепенно снижено до 0,001%. В
РФ действует прежняя норма 0,2%.

Массовая доля ароматических углеводородов не должна превышать 10% для соответствия
требованиям экологической безопасности. Однако способы перегонки нефти, применяемые на
территории России, позволяют не выходить за пределы 23-28%.

Норма цетанового числа в Европе — 51, РФ — 45, а для СТБ 1658-2006 — 49. Ассоциация
европейских автомобильных компаний внесла предложение утвердить показатель 58.

Фракционный состав для большинства видов достигает +360°С и совпадает с европейской
нормой.

Как работает мочевина в двигателе

Для того чтобы снизить вред, который наносят окружающей среде выхлопы дизтоплива, была
разработана система очистки. Одним из компонентов, благотворно влияющим на состав
дизеля, является мочевина. Благодаря ей удается удерживать уровень токсичности
отработанных веществ в соответствии с нормами Евро-4, Евро-5 и Евро-6.

Объяснить принцип работы можно на примере технологии Bluetec. Раствор AdBlue заливается
в отдельный бак. Система впрыска обеспечивает подачу в выпускную трубу. В качестве
мочевины для обработки состава дизеля использован карбамид.

Смесь выхлопных газов и аммиака попадает в нейтрализатор и подвергается воздействию
температуры +300°С и нейтрализующего слоя. При данных условиях возникает химическая
реакция, которая приводит к разложению азотистых соединений на азот и воду. Прочие
токсичные элементы также сгорают.

Данная система очистки имеет ряд преимуществ:

1. Безвредность. Это избавляет от необходимости уменьшать мощность двигателя, т.к. все
выхлопы разлагаются на органические вещества.
2. Соответствие европейским стандартам, что позволяет избегать расходов, связанных с
повышенным налогообложением и штрафами на территории вне РФ.
3. Экономное расходование. Средний показатель — 1л/1000 км. Если объем двигателя
большой, то на 1000 км понадобится 20 л нейтрализатора.
4. Доступность реагента. В продаже мочевина имеется в готовом виде. Можно приобрести и
органический, и искусственный раствор, расфасованный по 20 л. Стоимость 1 канистры —
7-10 евро.

Однако нужно учесть, что топливо, подходящее для реакции с мочевиной, должно быть
низкосернистым. Для использования нейтрализатора нужно специальное оборудование, что
приводит к дополнительным расходам на его внедрение и обслуживание. Раствор начинает
замерзать при -12°С, что делает невозможным его применение в условиях суровых российских
зим.

Разница стоимости марок дизтоплива

Арктическое дизтопливо, в сравнении с летним, стоит на 20% больше, и на 30% выше в сравнении с зимним ДТ. Использовать летнее горючее при температуре ниже допустимой нельзя. Состав дизельного топлива моментально парафинизируется и загустевает, топливный насос ДВС просто не будет работать, а иногда и просто может выйти из строя, после чего потребуется недешевый ремонт. Однако ДТЗ, ДТА летом допускается кратковременно использовать, при условии, если на данный момент нет летнего варианта горючего. При плюсовых температурах зимние марки ДТ негативно влияют на мотор: появляется детонация, снижается мощность, увеличивается токсичность выхлопных газов.

Отличия в стоимости различных типов ДТ объясняется также затратами на их выработку, наличием пакетов добавок и моторных присадок, которые необходимы для улучшения характеристик ДТ по сезонам. Каждая определенная присадка может повысить цетановое число, понизить температурный порог застывания, умерить токсичность, увеличить смазывающие свойства и ресурс элементов топливного насоса и ДВС в целом.

Сорта и классы дизельного топлива

Распределяют по сортам дизельное топливо, предназначенное для работы в регионах с теплым и умеренным климатом. По классам обозначают те виды горючего, которые выпускаются для работы при низкотемпературных режимах, в том числе арктическом. Точная классификация зависит от страны, чаще всего руководствуются европейским стандартом.

Классификация дизтоплива в России

В России одновременно действуют 2 системы — европейская и советская. В Союзе при обозначении топлива указывались время года, для которого оно предназначено, количество серы на 1 кг горючего, температура вспышки. Последним показателем обозначали температуру окружающей среды, при которой горючее работало без осечек. Сезон топлива обозначался буквами:

• Л — летнее.
• З — зимнее.
• А — арктическое.

Содержание серы обозначалось в виде отношения ее количества к общей массе топлива: 50 мг/кг — как 0,05, 20 мг/кг — 0,02 и т.д. Шифровка Л-0,05-10 означала, что топливо с этой маркировкой предназначено для использования летом при температуре не ниже 10°C, обладает содержанием серы 50 мг/кг.

Классификация дизтоплива в Европе

Европейские страны при маркировке топлива указывают его класс по содержанию серы, обозначаемый буквой К. При этом К3 соответствует виду 1, К4 — второму, К5 — третьему. Также указывают сорт либо класс топлива. По классам распределяют виды горючего, предназначенные для работы в низких температурах, а по сортам — для умеренных климатических условий. Точное содержание серы при этом не указывается, но по классу можно понять, в каких пределах оно находится.

Что такое цетановое число

Цетановым числом (ЦЧ) называется информация о промежутке времени, в течение которого задерживается возгорание топлива. Чем этот показатель выше, тем короче задержка от впрыска топливной смеси до ее воспламенения и тем ровнее будет гореть солярка.

Зачем знать цетановое число

Средний дизельный двигатель хорошо функционирует на солярке с ЦЧ 40-55 единиц. Более низкое значение приводит к тому, что возгорание задерживается, давление в камере сгорания увеличивается, а это значит, что мотор быстрее изнашивается.

Дизель стандартного типа располагает цетановым числом в рамках 40-45 единиц. Вариант высшего качества предполагает ЦЧ 45-50.

В условиях российского климата на эти цифры накладывается небольшое ограничение: сезонное дизельное топливо должно содержать в своем цетановом числе не меньше 45 единиц.

Премиальное дизтопливо оснащено большим количеством легковоспламеняющихся фракций и является более легким. Данные параметры делают его оптимальным вариантом для использования в зимний период. Благодаря повышенному отношению водорода к углероду оно образует меньше дыма при сгорании.

Если дизельное ЦЧ будет более 60, опытный водитель сразу же отметит несколько отрицательных моментов. Во-первых, снизится полнота сгорания. Во-вторых, расход топлива увеличится. Ну и в-третьих, чрезмерная задымленность выхлопных газов характеризует данный недостаток.

Как измерить цетановое число

При измерении показатель приравнивается к численному содержанию цетана (в процентах) вперемешку с альфа-метилнафталином. Воспламеняемость цетана будет равна 100%, а альфа-метилнафталина 0%.

Для испытания нужно замерить время самовозгорания смеси и соотнести это значение со временем топливного эквивалента. То есть, если проверяемое топливо загорится за такое же время, что и смесь цетана с альфа-метилнафталином (30%), то ЦЧ в этом случае будет равно 30.

Методика определения

ЦЧ дизтоплива определяют, сравнивая характеристики сгорания исследуемого топлива с аналогичными показателями эталов, значение цетана которых выведено. Исследования проходят при помощи американского двигателя CFR (Cooperative Fuel Research ) Engine (США) или ИДТ-90 (Россия) при рабочих условиях.

Сравнивают 2 эталона с цетановыми числами больше и меньше, чем у проверяемого образца. Степень сжатия меняют до тех пор, пока не получится определенный угол задержки воспламенения на маховике. Результат должен находиться между показаниями, взятыми у эталонных образцов. Затем ЦЧ вычисляется при помощи формулы методом линейной интерполяции. Данный метод использовался еще в середине прошлого века. Сегодня можно отметить множество его недостатков:

1. Тяжесть установки.
2. Необходимость отдельного помещения.
3. Дизельный двигатель сложно обслуживать.
4. Анализ занимает много времени.
5. Эталонных смесей и топлива приходится расходовать много.

Все требовало поиска более результативного и удобного метода. И в начале нашего века исследователи придумали впрыскивать топливо в камеру сгорания постоянного объема и разработали для этих целей аппарат. Это настольный инструмент без двигающегося поршня, который еще называют анализатором.

Дизель вводится в нагретую камеру с измерением показателей температуры вспышки и давления. Прибор отмеряет, сколько времени прошло с момента впрыска до первого увеличения давления. Последний вызван выделением тепла при сгорании и называется задержкой воспламенения, которая взаимосвязана с ЦЧ, выявленным моторным методом.

Все существующие способы измерения описаны в соответствующих стандартах ASTM и EN.

Низкое цетановое число

Бензиновые фракции также имеют низкие цетановые числа, и добавление их в дизельное топливо всегда заметно снижает цетано-вое число последнего.
 

Нафтеновые углеводороды имеют значительно более низкие цетановые числа, чем нормальные алканы.
 

Эти показатели ухудшаются при низких цетановых числах.
 

Таким образом, при низком цетановом числе топлива возникает большая задержка воспламенения, к моменту воспламенения в цилиндр поступает почти вся доза топлива и ТВС образуется почти по всему объему сжатого воздуха. Отчасти по этой причине при низком ЦЧ ухудшается запуск двигателя.
 

Поэтому зимнее дизельное топливо имеет более низкие цетановые числа, чем летнее дизельное топливо, хотя по условиям работы ( для облегчения запуска) должно бы быть наоборот.
 

Так, дизельные топлива с низким цетановым числом, чрезмерной вязкостью, высоким содержанием серы и тяжелых фракций вызывают усиленное пригорание колец и образование нагара вследствие плохой воспламеняемости и неполного сгорания. Масло при этом также интенсивнее загрязняется сажей и смолами, что в большинстве случаев ведет к накоплению отложений На фильтрах и внутренних поверхностях двигателя. Поэтому более высокие требования к дизельному маслу обусловлены в первую очередь большой склонностью дизельных топлив к образованию сажи и смол.
 

Использование спиртов в дизелях затрудняется из-за низких цетановых чисел, высокой температуры самовоспламенения и плохих смазывающих свойств, ведущих к повышенному износу топливной аппаратуры. Работа дизелей на спиртовых топливах возможна при использовании смеси спиртов и дизельного топлива с повышенным цетановым числом, введении в топливо активирующих присадок, подаче спиртов в испаренном виде, впрыске запального дизельного топлива, переоборудовании дизеля в двигатель с искровым воспламенением. Из перечисленных вариантов наиболее приемлемой для эксплуатации является добавка к спиртам различных присадок.
 

Жесткая работа дизеля, обусловленная запаздыванием воспламенения ( низким цетановым числом) топлива, вызывает бы стрый износ, а иногда и разрушение подшипников. Влияние цета-нового числа топлива на нагрузку подшипника видно из следующих данных.
 

С) по сравнению с товарными дизельными фракциями имеет более низкое цетановое число и повышенное содержание серы. При крекинге более тяжелого сырья цетановое число легкого газойля несколько выше, что объясняется меньшей глубиной превращения. Цетановые числа с повышением температуры крекинга снижаются.
 

Производство дизельных топлив из рисайкла встречает трудности, связанные с низким цетановым числом или дизельным индексом. Цетановое число обозначает процентное содержание цетана в эталонном топливе, состоящем из этого углеводорода и а-метилнафталина и имеющем ту же воспламеняемость, что и испытываемое топливо.
 

Но зимние сорта топлив, имеющие легкий фракционный состав, имеют сравнительно низкие цетановые числа. Поэтому в последнее время для облегчения запуска двигателей на холоду к топливам добавляют этиловый эфир. Этиловый эфир, обладая высокой упругостью паров температура кипения 36) и низкой температурой замерзания ( — 117), обеспечивает понижение температуры застывания топлива, способствует быстрому образованию рабочей смеси и ее воспламенению в двигателе.
 

Температура — вспышка — дизельное топливо

Температура вспышки дизельного топлива зависит прежде всего от его фракционного состава.
 

Температура вспышки дизельного топлива по ГОСТ составляет 40 С, а фактическая — 45 С.
 

Температура вспышки дизельного топлива ( р, 840 кг / м3) в резервуаре с 10000 м3 этого нефтепродукта оказалась равной 68 С, в то время как по ГОСТ она должна составлять 62 С.
 

Температура вспышки дизельного топлива при его выборе не является определяющим показателем, но при удовлетворительных основных эксплуатационных свойствах предпочтение отдается топ-ливам с более высокой температурой вспышки, исходя из условий безопасности.
 

Температура вспышки дизельного топлива для городских автобусов не должна быть ниже 49 С.
 

Температура вспышки дизельного топлива непосредственно связана с его фракционным составом.
 

Температурой вспышки дизельного топлива называется та температура, при которой пары топлива, залитого в закрытый тигель, вспыхивают при поднесении пламени.
 

Определение температуры вспышки дизельных топлив имеет принципиальное значение для их классификации по пожарной опасности. Таким образом, отечественные дизельные топлива зимнее и арктическое ( по ГОСТ 305 — 82) относятся, как правило, к ЛВЖ, а дизельное топливо летнее в зависимости от температуры вспышки может быть отнесено к ЛВЖ или ГЖ.
 

Для решения вопроса о возможности снижения температуры вспышки дизельного топлива до 45 должны быть проведены специальные эксплуатационные испытания на двигателях. Однако следует указать, что предусмотренная ГОСТ 305 — 58 для дизельного топлива Л температура вспышки не ниже 65 мало обоснована. Температура вспышки дизельного топлива является показателем, гарантирующим пожарную безопасность при его хранении, применении и транспорте, но не влияющим на работу двигателя.
 

Некоторые виды контроля, как определение температуры вспышки дизельного топлива, относятся к механизированным, а замер и запись параметров технологического режима — автоматизированным. Большой объем ручных контрольных операций определяет высокую их трудоемкость и большую численность службы технического контроля.
 

На рис. 10.11 приведена схема регулирования температуры вспышки дизельного топлива, получаемого в колонне II. Из средней части ректификационной колонны / нефтяная фракция, основную часть которой составляет дизельное топливо, направляется в отпарную колонну / /, куда для отпарки из дизельного топлива легких углеводородов подается водяной пар. Из верхней части от-парной колонны пары возвращаются в ректификационную колонну, а из нижней части отбирается дизельное топливо как целевой продукт.
 

На рис. XI-12 приведена схема регулирования температуры вспышки дизельного топлива. Из средней части ректификационной колонны 10 промежуточная фракция направляется в отпарную колонну 11, в которую для отпарки из жидкости легких углеводородов подается водяной пар. Их верхней части отпарной колонны пары возвращаются в ректификационную колонну 10, а снизу колонны 11 отбирается дизельное топливо как целевой продукт. В колонне 11 с помощью датчика температуры вспышки, состоящего из первичных приборов 3, 4 и вторичного прибора 1, анализируется дизельное топливо. Сигнал, пропорциональный температуре вспышки, подводится к регулятору 7, а затем через сумматор 6 к регулирующему блоку 5, изменяя его задание, а следовательно, и подачу пара при отклонении температуры вспышки от заданного значения.
 

Для решения вопроса о возможности снижения температуры вспышки дизельного топлива до 45 Должны быть проведены специальные эксплуатационные испытания на двигателях. Однако следует указать, что предусмотренная ГОСТ 305 — 58 для дизельного топлива Л температура вспышки не ниже 65 мало обоснована. Температура вспышки дизельного топлива является показателем, гарантирующим пожарную безопасность при его хранении, применении и транспорте, но не влияющим на работу двигателя.
 

Таким образом на поток переводится анализ температуры вспышки дизельного топлива фракции 120 — 240, второго, третьего и четвертого масляных потоков, а также гудрона: здесь устанавливают анализаторы АВН-61-ВЗГ.
 

Виды дизтоплива: параметры

Нередко водители или операторы техники забывают о таком недостатке ДТ, как способность его загустевания даже при незначительном морозе. Поэтому возникают ситуации, когда двигатель не запускается, и приходится решать проблему методами нагрева топливных баков открытым огнем, что довольно небезопасно. Чтобы избежать подобных проблем, следует заблаговременно и правильно приобретать соответствующую марку дизтоплива в зависимости от погодных условий и знать ее особенности. Ниже рассмотрим характеристики ДТ по его классам.

Летние марки

Особенность ДТЛ — сохранение рабочего жидкого состояния требуемой плотности при t°= 0 и больше градусов. Основные параметры летнего дизеля следующие:

• цетановое число — больше 51 ед. при температуре использования до 45°С окружающего воздуха;
• плотность — 845-865 кг/м3 при t использования 20-25°С;
• вязкость — 4-6,1 кв. мм/ с при t°=19-25°С;
• порог замерзания — -10°С.

Однако следует учесть, что в действительности, несмотря на то, что двигатель и работает, при незначительных температурах ниже «нуля», летние марки ДТ уже теряют свои эксплуатационные качества.

К недостаткам летнего ДТ можно отнести повышенную способность образования водяного конденсата, вода внутри бака с топливом отслаивается и скапливается внизу. Сбои в работе ДВС по большей части происходят именно по причине водяных пробок, которые блокируют ТНВД. Некоторые водители, чтобы избежать проблем с забором образовавшейся воды, располагают всасывающую трубку в баке несколько выше и время от времени отвинчивают пробку на его дне для слива конденсата. Специалисты рекомендуют водителям еще задолго до наступления холодов полностью сливать летнее ДТ и даже при умеренных температурах начинать пользоваться качественными зимними сортами.

Зимнее

ДТЗ — это наиболее популярный вид горючего в России, в средней полосе его используют преимущественно всесезонно. Нижний предел замерзания ДТЗ — минус 30. Однако для полярных регионов в зимний период рисковать применять этот вид ДТ не нужно. Главные характеристики зимнего горючего следующие:

• цетановое число — 48 единиц при t использования от минус 30°С окружающего воздуха;
• плотность — 825-845 кг/м3 при t использования от -30 до +15°С;
• вязкость — от 1,8 до 5.1 кв. мм/с максимум при t от -20 до +15°С.

Параметры вязкости для ДТЗ здесь имеют более широкий диапазон ввиду его использования не только в мороз, но при плюсовых весенне-осенних температурах.

Арктическое

ДТА — это незаменимый вид топлива в регионах, где температура окружающего воздуха часто опускается ниже тридцати. Этот дизель способен выдерживать даже антарктические условия зимы, а со специальными присадками сохранять рабочие свойства при температуре минус 55°С. Характерные показатели арктического топлива следующие:

• цетановое число — 40 единиц при t использования от -30°С;
• плотность — 760-820 кг/м3 при t использования от -30 до 0°С;
• вязкость — от 1,45 до 4,6 кв.мм/с максимум при t -30 — 0°С.

Механические примеси дизельного топлива

Сернистые нефти являются сырьем для производства ДТ. Процесс очистки от серы сложный и
дорогостоящий. Однако повышенное содержание этого элемента приводит к уменьшению
срока эксплуатации технического оборудования и транспортных средств.

И активные, и неактивные сернистые соединения вызывают коррозию металла. Нужно
учитывать, что современные модели дизелей более склонны к окислению и образованию
нагара. Поэтому в моторное масло нужно добавлять моющие присадки и менять его чаще, чем
в старых образцах ДВС.

Опасность представляет и конденсат, образующийся при запуске и прогреве мотора, поскольку
он приводит к скоплению воды, которой в топливе быть не должно.

Следует избегать работы двигателя при перепадах температур, частого использования
холостого хода, что бывает характерно для тепловозов и других ДВС большого объема. Такие
условия увеличивают расходы на эксплуатацию и количество ремонтов оборудования в
несколько раз.

Причиной появления примесей может стать неправильное хранение и транспортировка
горючего. Чтобы избежать необходимости применения большого количества присадок, нужно
придерживаться следующих рекомендаций:

• поддерживать чистоту в топливном баке.
• сливать отстой из фильтра.

Стандарты экологичности

Евро 3

Несмотря на инновационность разработки, этот стандарт ДТ уже устарел, он был актуальным в странах Европейского Союза до 2006 года. С того времени третий стандарт постепенно был вытеснен с производства. Международные организации ввели и утвердили новые требования, из-за которых стандарт Евро 3 перестал удовлетворять усовершенствованным нормам.

Евро 4

Этот стандарт постепенно приходил на смену Euro 3, начиная с 2005 года. Все ввозимые транспортные средства на территорию России с 2013 г. должны соответствовать этому стандарту, исключение — автомобили до 2012 г. выпуска, для которых еще допустимы требования стандарта Евро 3

Здесь следует акцентировать внимание автовладельцев на том, что в ближайшем времени международное сообщество намерено совсем запретить эксплуатацию ТС с двигателями стандарта экологичности ниже Евро 4

Евро 5

Этот стандарт введен с 2009 г. Он обязателен для всех транспортных средств, выпускаемых мировой промышленностью с 2010 года. В Российской Федерации этот стандарт также введен в действие, как в отечественном автомобилестроении, так и для ввозимого автотранспорта из-за границы.

Евро 6

Новый стандарт Евро 6 был введен в странах ЕС осенью 2015 г. Он подразумевает доработку под него ДВС с новой схемой рециркуляции выхлопов EGR, системой селекции газов SCR, сажевых фильтров. Благодаря применению катализаторов и дополнительных химических присадок в обновленных двигателях эффективнее нейтрализуются вредные выбросы, в выхлопе присутствуют только вода и безвредные газы.

В РФ этот стандарт пока не действует, ввиду необходимости перестройки производств автопрома и НПЗ. Однако сейчас действуют нормы Евро 5.

Содержание вредных веществ в экологических классах

Особенности бензина, солярки и дизеля

Солярка и бензин являются двумя основными видами топлива, используемыми в автомобилях сегодня. Они похожи, но есть различия в добыче, сжигании, чтобы заставить автомобили двигаться, и эффективность.

Положительным свойством бензина – хорошая испаряемость, антидетонационная стойкость, теплота сгорания. Бензин замерзнет при t  70 – 74.

Дизельное топливо имеет ряд положительных моментов:

1. Более энергетически плотное, чем бензиновое.
2. В разы дешевле бензинового.
3. Для больших машин предпочтительнее, обеспечивает большую мощность.
4. Дизельные двигатели имеют больший коэффициент полезного действия, чем бензиновые того же рабочего объема. При сгорании, выделяется меньше окиси углерода СО, чем при сгорании того же количества бензина.

Для чего подходит дизельное топливо и бензин

Оба вида являются прямыми продуктами переработки сырой нефти. Сырая нефть – выходит прямо из земли (читайте нашу статью про отличия нефти Brent, Urals и WTI). Это делается в процессе рафинирования. Процесс состоит из 3 основных стадии, и существуют основные различия в процессе переработки дизельного горючего и бензина – разделение, конверсия и очистка.

Важные шаги:

1 шаг разъединение – жара приложена к сырой нефти, выгонка происходит. Сырая нефть в дистилляционной колонне разделяется на различные формы углерода в порядке вязкости. Наиболее вязкие жидкости оседают на дне, а менее вязкие частицы и газы поднимаются наверх.

2 шаг, преобразование, по существу перестраивает скрепления углерода, чтобы сделать их лучшим для пользы ездока, делает горючее ценным. Это делается посредством процесса гидрокрекинга, где связи между углеводородами уменьшаются.

3 шаг, очистка, просто извлекает серу от топлива, чтобы сделать их чисто. Вызвано гидрообработкой. Это процесс, где углеводороды реагируют с газообразным водородом при умеренных температурах и давлениях. Газообразный водород реагирует с серой, чтобы сделать газ H 2 S (сероводорода). Приводит к удалению серы из углеводородов, оставляя чистый продукт, готов к использованию.

Вывод

Дизельное топливо сравнительно недавно вышло на позиции второго основного горючего для легковых автомобилей, хотя для тяжелых машин и в промышленности оно используется уже многие десятилетия. По причине широкого распространения ДТ в легковом транспорте, вырос на него спрос, следовательно, и рынок отреагировал повышением стоимости.

И если в недалеком прошлом было выгодно приобретать дизельные автомобили только из-за экономии на цене дизтоплива, то теперь целесообразность использования дизельных авто основана на экологичности, продолжительности ресурса ДВС и всё той же экономии. ДТ по-прежнему остается, хоть и не намного, но дешевле бензина.

И если вы сделали выбор в пользу приобретения автомобиля с дизельным мотором, то очень важно знать о горючем для него как можно больше. Только так вам удастся избежать сложностей в эксплуатации техники, связанных с особенностями этого вида топлива