Характеристики дизтоплива, повышение цетанового числа

Параметры, определяющие качество ДТ

О качестве дизельного топлива свидетельствуют следующие характеристики:

• Предельная температура фильтруемости. Данный показатель определяет нижний уровень температуры, при котором ДТ прекращает просачиваться сквозь отверстия фильтра.
• Температура помутнения.
• Плотность. Чем выше данный показатель, тем больше энергии выделяется при сгорании топлива.
• Кинематическая вязкость. Жидкая солярка ускоряет износ топливного насоса. Густой продукт негативно отражается на состоянии отдельных частей двигателя.
• Цетановое число. От него зависит скорость воспламенения топлива. Результат показателя в пределах 50-55 свидетельствует о высоком качестве, а 40-49 — о хорошем. Цетановое число ниже 40 замедляет воспламенение, а значит, увеличивает расход солярки и приводит к износу двигателя.
• Цетановый индекс. Данный показатель — это цетановое число до добавления цетановоповышающей присадки. Разница между числом и индексом не должна быть большой. Иначе состав может быть подвержен сильным изменениям.
• Фракционный состав. Характеризует скорость перехода солярки из жидкого состояния в газообразное. Определяется температурой испарения.
• Температура вспышки. Чем выше этот показатель, тем меньше вероятность случайного возгорания топлива.

МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир)

Его доля на рынке сейчас в качестве высокооктанового компонента является практически монопольной. Эта присадка легко сочетается с углеводородами и повышает экологичность топлива: снижает содержание серы, бензола, олефиновых и ароматических углеводородов. К слову, МТБЭ активно производят в России и Китае, а единственным исключением из развитых стран, где эта присадка запрещена к применению в бензине, стала Америка. В 1996 году в подземных источниках питьевой воды городов Санта-Моника и Гленвилль в Калифорнии была обнаружена недопустимая концентрация МТБЭ.

Эксперименты на лабораторных животных, которым в 1997 году была введена доза МТБЭ, зафиксировали развитие у них лейкемии, лимфомы и рака. Как следствие, с 2003 года в штате Калифорния использование МТБЭ было запрещено. А с 2007 года запрет распространился и на территорию остальных штатов США.

Ликбез от «Горыныча»

Просто о сложном:

Сегодня речь пойдет о важном показателе, характеризующем определенные свойства топлива

Приобретая автомобиль, вы наверняка обратили внимание на то, каким именно видом топлива рекомендует производитель заправлять данную конкретную машину. И вы разумно следуете этой рекомендации, выбирая на АЗС колонку, где указан тип бензина с «заветными» цифрами – 92, 95, 98. Вы знаете, что выбирать цифру меньшую, чем рекомендовано, чревато

Большую же – неоправданно накладно. Что это за цифры такие и почему в данном случае к рекомендации производителей машин следует прислушиваться?

Вы знаете, что выбирать цифру меньшую, чем рекомендовано, чревато. Большую же – неоправданно накладно. Что это за цифры такие и почему в данном случае к рекомендации производителей машин следует прислушиваться?

Существует несколько сортов бензина. При этом каждый из них имеет свой собственный номер, отвечающий его октановому числу. Машины разных марок следует заправлять бензином, подходящим именно им. Но что же такое это пресловутое «октановое число» бензина? Сжимаясь, все виды топлива противостоят самовоспламенению. И качество бензина тем выше, чем лучше это у топлива «получается». На умном языке это свойство топлива – противостоять самовозгоранию — называется «детонационная стойкость». Происходит весь процесс в двигателе автомобиля, в камере внутреннего сгорания. И если бензин «умеет» сопротивляться самовоспламенению при сжатии достаточно хорошо, топливо нормально сгорает в любом режиме эксплуатации автомобильного двигателя. При этом получается избежать окисления, которое и может привести к тепловому взрыву.

Способность топлива сопротивляться самовозгоранию можно измерить. Делают это при помощи специального показателя – того самого, что и называется хитрым словосочетанием «октановое число».

Откуда есть пошло «число октаново»?

Изооктан – органическое соединение, которое в небольшом количестве содержится в любом бензине. Даже сильное сжатие окисляет его с трудом. Поэтому его способность к сопротивлению самовоспламенению (детонационную стойкость) оценили в 100 единиц. Стойкость к самовоспламенению его антипода – н-гептана – «нулевая». Разделив «стойкий» изооктан на «нулевой» н-гептан, мы и получим в процентном соотношении некий показатель, который принято называть «октановым числом». Всезнайка-Википедия определяет октановое число как «показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания». 

На что оно влияет?

Когда автомобиль «включен», топливо в его двигателе смешивается с воздухом и поджигается при помощи искры в камере сгорания. Если эта смесь плохо сопротивляется самовозгоранию, происходит взрыв, что не есть хорошо для движка вашего автомобиля. При этом взрывная волна, распространяясь по двигателю, попадает в выхлопную систему. В результате двигатель перегревается, на головках блока цилиндров повреждаются прокладки, поршни и выпускные клапаны перегорают. В итоге автомобилю требуется ремонт, зачастую совсем недешевый. Изготавливая двигатели с высокой степенью сжатия ( в основном для авто представительского класса и спортивных машин), автомобильные концерны «страхуют» вас от подобных неприятностей. Таким двигателям нужно своеобразное меню в виде бензина с более высоким октановым числом в качестве «основного блюда».

Как повысить октановое число бензина?

На выходе с заводов октановое число в бензине не более 70 %. Чтобы его улучшить, топливо «шлифуют» различными присадками. Углеводороды с резким запахом, добавленные в бензин: — снижают окисление; — предотвращают детонацию; — уменьшить содержание вредных примесей (воды, серы). Выходит, высокооктановое топливо более «вонючее», но при этом и более полезное для сердца вашего автомобиля. Не запах определяет качество топлива, а конкретный показатель, соответствие которого можно проверить при помощи специального прибора – октанометра – или в специализированной лаборатории. Впрочем, водителям заниматься этим совсем ни к чему. Ведь на наших заправках октановое число бензина в точности соответствует его способности к сопротивлению самовоспламенению, то есть «детонационной стойкости». «Змей Горыныч», хоть он персонаж и сказочный, с такими вещами шутить не любит.

Зачем знать

Зная параметр цетанового числа, можно определить степень экологичности топлива, потому что на способность жидкости к самовоспламенению оказывает влияние углеводородный состав.

К примеру, соединения, содержащие в составе парафин, подвержены воспламенению в большей степени, нежели ароматические углеводороды. Соответственно, чем меньше в составе топлива будет именно ароматических углеводородов, тем большим будет параметр цетанового числа.

Если рассматриваемое число в дизельном топливе будет меньше 40, тогда мотор автомобиля будет функционировать на пределе своих возможностей. Очень часто в таком жёстком режиме появляется глухой стук на холостых оборотах, а также идёт более быстрый износ всех деталей механизма.

Измерение цетанового числа

Цетановое число довольно сложно точно измерить, поскольку для этого требуется специальный дизельный двигатель, называемый двигателем Cooperative Fuel Research (CFR). В стандартных условиях испытаний оператор двигателя CFR использует маховик для увеличения степени сжатия (и, следовательно, пикового давления в цилиндре) двигателя до тех пор, пока время между впрыском топлива и зажиганием не составит 2,407 мс. Затем рассчитывается полученное цетановое число, определяя, какая смесь цетана ( гексадекан ) и изоцетана (2,2,4,4,6,8,8-гептаметилнонан) приведет к такой же задержке воспламенения.

Тестер качества зажигания (IQT)

Еще одним надежным методом измерения производного цетанового числа (DCN) дизельного топлива является тестер качества зажигания (IQT). Этот инструмент применяет более простой и надежный подход к измерению CN, чем CFR. Топливо впрыскивается в камеру сгорания постоянного объема при температуре примерно 575 ° C и давлении 310 фунтов на кв. Дюйм. Время между началом впрыска и восстановлением давления в камере сгорания до 310 фунтов на квадратный дюйм определяется как задержка воспламенения. Эта измеренная задержка воспламенения затем используется для расчета DCN топлива. Затем рассчитывается DCN топлива с использованием эмпирической обратной зависимости от задержки воспламенения. Из-за воспроизводимости, стоимости материалов и скорости IQT, с конца 2000-х годов он стал решающим источником для измерений топлива DCN.

Тестер зажигания топлива

Еще один надежный метод измерения производного цетанового числа дизельного топлива — это тестер воспламенения топлива (FIT). Этот инструмент применяет более простой и надежный подход к измерению CN, чем CFR. Топливо впрыскивается в камеру сгорания постоянного объема, в которой температура окружающей среды составляет приблизительно 575 ° C. Топливо сгорает, и высокая скорость изменения давления в камере определяет начало сгорания. Затем можно рассчитать задержку воспламенения топлива как время, прошедшее между началом впрыска топлива и началом сгорания. Затем производное цетановое число топлива можно рассчитать с использованием эмпирической обратной зависимости от задержки воспламенения.

Цетановый индекс

Другой метод контроля качества потребителями топлива — использование цетанового индекса (CI), который представляет собой расчетное число, основанное на плотности и диапазоне дистилляции топлива. Существуют различные версии этого, в зависимости от того, используются ли метрические или британские единицы измерения, и сколько точек перегонки используется. В наши дни большинство нефтяных компаний используют «4-точечный метод», ASTM D4737, основанный на плотности, температурах извлечения 10%, 50% и 90%. «2-точечный метод» определен в ASTM D976 и использует только плотность и температуру восстановления 50%. Этот двухточечный метод имеет тенденцию к завышению цетанового индекса и не рекомендуется. Расчеты цетанового индекса не могут учитывать добавки, повышающие цетановое число, и, следовательно, не измеряют общее цетановое число для дизельного топлива с добавками. Работа дизельного двигателя в первую очередь связана с фактическим цетановым числом, а цетановый индекс — это просто оценка базового (без добавления) цетанового числа.

Отраслевые стандарты

Промышленные стандарты для измерения цетанового числа: ASTM D613 (ISO 5165) для двигателя CFR, D6890 для IQT и D7170 для FIT.

В общих чертах

Октановое число показывает нам устойчивость топлива к детонации (способность топлива к самовоспламенению) для двигателей.

Число в марке бензина показывает содержание изооктана в его смеси с гептаном. Чем больше значение числа, тем ниже вероятность, что топливо может детонировать.

Снижение значения октанового числа может нарушить ровную работу двигателя. При высоком значении давления, она способна к самовоспламенению. Возникает резкий неприятный звук, снижается мощность. При детонации могут быть повреждены внутренние детали двигателя, и он потребует ремонта.

Для повышения устойчивости к детонации используются различные виды присадок. Данный способ довольно часто применяется на заправках в России

При заправке на станции улучшенным подобным способом бензином, необходимо обращать внимание на свечи. Если появился нагар, то это признак несоответствия бензина техническим характеристикам

Шкала значений и виды октанового числа

При определении значения ОЧ применяется шкала, позволяющая сравнить исследуемый образец бензина и стандартную смесь. Фото: evo-rus.com

В составе стандартного эталона два вещества: гептан, пары которого способны быстро детонировать и изооктан, устойчивый к детонации. Для анализа бензина берется смесь этих веществ, которая имеет характеристики исследуемого бензина, и вычисляется количество изооктана в смеси. Если добавлять в бензин уникальные горючие жидкости, то ОЧ (октановое число) может повышаться и более чем до 100. В этом случае руководством служит условная шкала, основой которой служат смесь тетраэтилсвинца и изооктана.

Виды октановых чисел

ОЧИ – это исследовательское ОЧ. Для его определения применяется одноцилиндровая установка имеющая переменную степенью сжатия. ОЧИ показывает, как поведет себя бензин при невысоких нагрузках.

ОЧМ – октановое число моторное. Определяется аналогично ОЧИ, но с увеличенной частотой вращения коленвала. ОЧМ имеет меньшее значения, чем ОЧИ и показывает поведение топлива при высоких нагрузках.

Цетановое число дизтоплива

Цетановое число – главная характеристика вероятности воспламенения и сгорания дизельного топлива. Высокое значение цетанового числа обеспечивает полноценное выгорание топливной смеси. Фото: do.nn.ru

В численном выражении эта характеристика сравнима с объемом цетана в специальной смеси, имеющей период задержки аналогичный топливу, взятому для проведения теста.

Значение цетанового числа 40-55 – это стандарт для дизтоплива. Более качественное топливо имеет показатель от 51 до 55 единиц.

Такое топливо класса Премиум содержит фракции, которые позволяют быстро запускать двигатель даже зимой.

Методы увеличения значения октанового числа

В соответствии с ГОСТ 2084-77, марки А-72 и А-76 по моторному методу имеют октановое число 72 и 76 соответственно, а АИ-93 и АИ-95 по исследовательскому методу имеют детонационную стойкость 93 и 95. Будьте внимательны при заправке своего автомобиля. Бензина с маркой АИ-76 быть не может. Для него не применяется исследовательский метод.

Повышения октанового числа возможно несколькими способами:

• Получение топлива методом каталитического крекинга или гидрокрекингом. В результате получаем бензин, имеющий октановое число 91 или 92. Длительное хранение этого топлива нежелательно, т.к. происходит снижение концентрации ароматических углеводов и как результат – снижение октанового числа.
• В базовый состав можно добавлять высокооктановые составляющие, имеющие ОЧМ порядка 100.
• Добавки химических соединений, незначительная концентрация которых в топливе, существенно повышают его стойкость к детонации.
  Наиболее известным антидетонатором является тетраэтилсвинец. Его антидетонационные свойства лучшие из известных соединений. Однако он относится к токсичным веществам и его не рекомендуется применять в чистом виде.
  Поэтому был разработан состав ТЭС с веществами-выносителями. Это этиловые жидкости обеспечивают вынос свинца выхлопными газами. Бензин, обогащенный этим составом, называют этилированным. Недостаткам состава такого топлива появление коррозии, нагара и опасность засорения фильтров.

К сожалению, как выяснил Росстандарт, на заправках из бензина частенько испаряется его качество и октановое число в половине случаев ниже заявленного.  Это приводит к проблемам с двигателем машины. По внешнему виду такое топливо трудно отличить от  качественного. Лучше найти для себя заправку, качество бензина на которой вам хорошо известно.

О результатах тестов топлива вы узнаете из этого видео:

2.2.1Виды октановых чисел очи и очм

Исследовательское
октановое число (ОЧИ) определяется
на одноцилиндровой установке с
переменной степенью
сжатия,
называемой УИТ-65 или УИТ-85,
при частоте вращения коленчатого вала
600 об/мин, температуре всасываемого
воздуха 52°С и угле опережения зажигания
13 град. Оно показывает, как ведёт себя
бензин в режимах малых и средних нагрузок.

Моторное
октановое число (ОЧМ) определяется
так же на одноцилиндровой установке,
при частоте вращения коленчатого вала
900 об/мин, температуре всасываемой смеси
149°С и переменном угле опережения
зажигания. ОЧМ имеет более низкие
значения, чем ОЧИ. ОЧМ характеризует
поведение бензина на режимах больших
нагрузок. Оказывает влияние на высокую
скорость и детонацию при частичном
дроссельном ускорении и работе двигателя
под нагрузкой, движении в гору и т. д.

По
крайней мере в 1950-х годах использовалось
также октановое
число по температурному методу.

Октановое
число AKI является
средним арифметическим между ОЧИ и ОЧМ.
Используется на АЗС в США, Канаде,
Бразилии и некоторых других странах.

Разность
между ОЧИ и ОЧМ характеризует
чувствительность топлива к режиму
работы двигателя.

Значения
октанового числа углеводородов и
различных видов топлива

Цетановое
число —
показывает, какому именно эталонному
образцу соответствует дизель по тому
периоду времени, которое отделяет момент
его впрыска в цилиндр двигателя от
момента его возгорания. В качестве
эталонных образцов используют специальную
смесь, состоящую из цетана и α-метилнафталина,
при этом цетановое число самого цетана
считается равным 100, а α-метилнафталина
– равным 0. Объемная доля цетана в его
смеси с α-метилнафталином, выражаемая
в цифрах, принимается за цетановое число
эталона. И именно это число присваивается
определенному виду дизельного топлива,
способность возгорания которого
аналогично эталону сравнения.

Таким
образом, цетановое число показывает
нам время, требуемое для возгорания
топлива в цилиндре. Соответственно, чем
оно выше, темь меньше времени требуется
для возгорания. При этом дизельное
топливо, цетановое число которого меньше
40, приводит к увеличению износа двигателя,
да и сами моторы плавно работать не
будут. В целом, оптимальным считается
цетановое число на уровне 40-55. При более
высоких значениях топливо может сгорать
не полностью, из-за чего значительно
возрастает содержание в выхлопных газах
копоти и других загрязняющих веществ.

В
настоящее время стандартное дизельное
топливо в нашей стране имеет цетановое
число 40-45, а дизель более высокого
качества – 45-50. Между тем на наших
заправках достаточно часто встречаются
случаи реализации низкокачественного
дизеля, цетановое число которого ниже
40. Такое топливо от нормального отличить
визуально или по запаху невозможно. Его
единственной приметой можно назвать
перебои в работе двигателя. В том случае,
если вы по тем или иным причинам залили
такую солярку в бак, можно попробовать
самостоятельно улучшить её качество с
помощью специальных присадок, которые
в наших условиях лучше купить заранее
и возить с собой в машине.

Основные методы

На сегодня можно выделить несколько основных способов повышения октана.

Каталитический крекинг.

Процесс, который можно реализовать только в условиях нефтеперерабатывающего завода. Этот метод подразумевает, нагрев нефти на катализаторе до температур немногим выше 500 градусов Цельсия.

Во время нагрева в Алканах снижается молярная масса, что позволяет получить на выходе два элемента – ароматические углероды и Алкены.

Как итог, бензин с октановым числом 91-92. Минус такого топлива — в большой концентрации ароматических углеводов. Следовательно, при длительном хранении топлива октановое число может уменьшиться.

Каталитический реформинг.

Здесь полученное после прямой перегонки топливо нагревается до 500-520 градусов Цельсия. Одновременно с этим катализатор (рений, оксид алюминия с платиной и прочие металлы) находится под давлением около 35 атмосфер. На завершающем этапе получается 95-й бензин. КПД – около 75%.

Как и в первом случае, такой вид работ выполняется только в специальных условиях на заводе.

Метилтретбутиловый эфир.

Это одна из наиболее популярных добавок для повышения октанового числа топлива. Ее особенности – бесцветность, способность к легкому воспламенению, низкая токсичность, сильный запах и высокий уровень октана.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Как правильно пользоваться боковыми зеркалами – советы профессионалов

Достаточно долить в бензин около 15% данного эфира (от общего объема топлива), чтобы повысить октановое число на 8-12 пунктов.

Чаще всего именно этот метод используется для увеличения «октана». Но у него есть недостаток – полученный таким способом бензин много быстрее испаряется в солнечную погоду из-за своей повышенной летучести.

Спиртовые добавки (на основе этилового или метилового спирта).

Также применяются для повышения качества топлива. К примеру, добавив 1/10 части этилового спирта в бензин АИ-92 можно сделать его 95-м. При этом на авто существенно снижается токсичность выхлопов.

Но данный метод имеет целый ряд недостатков.

Так, проявляется способность спирта впитывать в себя влагу, что требует от автолюбителя дополнительных мероприятий по «осушению» бензина.

Кроме этого, есть высокий риск появления пробок в топливной системе.

К слову, если не предпринимать никаких мер, то в топливе появляется вода, а это повышенный расход, неполное сгорание топливной смеси, высокий риск замерзания бензина в системе и прочие проблемы. Поэтому придется удалять воду из бензина.

Тетраэтилсвинец.

Одна из наиболее качественных добавок, которая активно применяется еще с 1921 года.

Достаточно 1/20 части этого вещества, чтобы поднять уровень октана на 15-18 позиций.

Тетраэтилсвинец применяется в комплексе со специальными «веществами-выносителями», который убирают образовавшийся при сгорании добавки оксид свинца.

Сегодня этот метод запретили из-за опасных паров свинца и их негативного действия на организм человека. Пары вещества очень ядовиты.

Кроме этого, такое топливо нельзя использовать в машинах с каталитическими нейтрализаторами (техника выходит из строя уже через несколько часов работы).

Можно ли смешать 92-й и 95-й бензин? Какие последствия?

Современная технология перегонки нефти позволяет сразу получить 92-й бензин. 95-й отличается от него наличием легких эфирных присадок. Соответственно, бензин с большим октановым числом имеет меньшую удельную плотность. При смешении двух сортов образуется топливо с неким усредненным показателем детонационной устойчивости. Однако, если оставить машину на стоянке, бензин расслоится. Внизу бака, возле заборного патрубка бензонасоса, окажется тяжелый 92-й, а вверху — 95-й. В результате двигатель сначала выработает низкооктановое топливо, а затем высокооктановое. В ситуации с 92 и 95 это не принесет особого вреда мотору.

Хуже, когда автомобилисты таким способом пытаются «дотянуть» октановое число 80-го до 92. В этом случае, после разделения фракций, двигателю приходится работать на 80-м.

Учитывая небольшую разницу в стоимости топлива с разным октановым числом, попытки смешивать его экономически не оправданы.

Чем грозит использование неподходящего дизтоплива

Многие автомобилисты задаются вопросом, что будет, если летом заправлять машину зимним топливом. Вопрос этот возникает в связи с тем, что цетановое число зимнего горючего по определению выше, а значит, должно быть более качественным. Однако определение, что качество и эксплуатационные свойства дизтоплива характеризует только этим, абсолютно неверно. На самом деле, применение топлива с большим цетановым числом мотору не повредит, если, конечно, оно вписывается в рекомендованные автопроизводителем пределы.

Если же значение окажется слишком большим для конкретного дизельного двигателя, это приведет:

1. к повышению расхода горючего;
2. снижению экологичности мотора.

Аналогично можно ответить и в обратной ситуации – применение низкоцетанового топлива также не навредит силовому агрегату, если его цетановое число соответствует рамкам, установленным производителем автомобиля.

Если же значение ниже требуемого, то:

• у работающего дизеля появится жесткий звук;
• его детали будут усиленно изнашиваться.

Однако вопрос о возможности использования зимнего дизельного топлива летом требует более развернутого ответа. Дело в том, что эти два сорта дизтоплива имеют разный химический состав, и, помимо цетанового числа, различаются по другим своим свойствам.

Летнее горючее предназначено для применения при положительных температурах. После того, как температура окружающей среды, а вместе с ней и температура топлива в баке упадет до нуля, летнее дизельное топливо перестанет проходить через фильтр.

Зимнее дизтопливо, имеет гораздо более низкие температуры помутнения, застывания, и предельной фильтруемости, благодаря чему, его и возможно применять в холодное время года. Однако оно имеет худшие, по сравнению с летним, характеристики.

Причина кроется в том, что при его выработке, из углеводородной смеси, приходится удалять циклопарафины и заменять из ароматическими углеводородами, а утраченные свойства компенсируются (хотя и не в полной мере) присадками. В итоге цетановое число повышается, но эксплуатационные характеристики снижаются. У мотора, работающего на зимнем дизельном топливе, наблюдается небольшое падение мощности, повышенное коксообразование в цилиндрах, ухудшается приемистость. Таким образом, от использования зимнего горючего летом лучше отказаться и рассматривать такой вариант как вынужденную меру, хотя ничего смертельного для двигателя в этом нет.