Разберемся почему один из самых главных параметров качества дизельного топлива — цетановое число (ЦЧ). Узнаем какое же ЦЧ должно быть у топлива. И почему у зимнего топлива цетановое число должно быть выше, чем у летнего, а не наоборот как это написано в ГОСТе.
Многие знают, что такое ЦЧ. Поэтому, давайте сначала разберемся какое ЦЧ должно быть, а потом уже объясним — что это и чем опасно низкое ЦЧ.
Смотрим интересный график из книги «Применение присадок в топливах. Справочник». Автор книги — Данилов А.М., доктор технических наук, ключевой сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института по переработке нефти (ВНИИ НП).
На графике чем выше значение по вертикали — тем хуже.
Не зря Worldwide Fuel Charter (Всемирная Топливная Хартия) рекомендует ЦЧ не менее 55 единиц, в независимости от сезона, погоды. (см. страницу 58).
Всемирная Топливная Хартия — бюллетень, содержащий рекомендации к топливам, их качеству, параметрам. Бюллетень выпускается комитетом Хартии, в состав которого входят все мировые производители автомобилей, двигателей (BMW, Volkswagen, Ford, Toyota, PSA и другие). Вот вам полный список комитета Хартии.
О серьезности, авторитетности Хартии сомневаться не приходится.
А теперь смотрим наш родной ГОСТ Р 32511-2013 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия»., он же — Европейский стандарт EN 590:2009.
ГОСТ требует цетановое число не менее 51 ед., а не 55 ед. как WFC. Смотрим дальше требования ГОСТ к зимнему топливу.
Как же так? Все мировые автопроизводители говорят «Заливайте, пожалуйста, в наши автомобили дизельное топливо с цетановым числом не менее 55 ед.», а ГОСТ установил минимально допустимое значение для зимнего дизельного топлива в 47 единиц. Хотя именно зимой двигателю труднее всего запуститься и работать до прогрева до рабочей температуры. Почему опасно низкое цетановое число — читаем ниже.
Почему же автопроизводители рекомендуют 55 ед., а ГОСТ наоборот, как вредитель, допускает для зимы и 47 ед? Ответ на вопрос, думаю, прост — по сути, производители топлив (НПЗ) пролоббировали свои интересы и вписали в ГОСТ для зимней солярки ЦЧ равное 47 ед. А сделано было это потому, что получение качественного зимнего топлива — дело очень дорогое. Для понижения температуры фильтрации, при перегонке проще увеличить концентрацию легких (керосиновых) фракций в топливе. Керосин имеет низкую температуру замерзания минус 50 градусов Цельсия, но также имеет и низкое цетановое число в 35-40 ед. Поэтому, цетановое число такого зимнего топлива и будет ниже, чем у летнего. А на нас с вами — конечных потребителей и на наши машинки, движки — нет дела.
А теперь смотрим паспорта на ДТ.
Делаем выводы…
Почему при низком цетановом числе двигатель работает жестко?
Форсунки, в сжатый воздух камеры сгорания, распыляют топливо в виде микрокапель. Капли, при движении, трутся об атомы кислорода сжатого воздуха, нагреваются, накапливая энергию. При достижении критического значения энергии, капли взрываются, топливо-воздушная смесь воспламеняется. Для набора критической энергии нужно время. Вот это время и нормируется параметром «цетановое число» дизельного топлива. Чем выше ЦЧ топлива – тем меньше времени требуется на воспламенение топливовоздушной смеси (меньше период задержки воспламенения (ПЗВ)).
Далее, для понимания, упростим несколько процессы сгорания топливо-воздушной смеси. Разобьем струю впрыска топлива, допустим, на 5 частей. После того как в камеру сгорания со сжатым воздухом попала 1 часть струи, она должна воспламениться (микровзрыв) до влета в камеру 2 части и поршень должен начать движение вниз. Каждая часть струи воспламеняется с некоторой задержкой. Задержка должна быть такой, чтобы до подлета 2 части, 1 часть успела воспламениться. Т.е. имеем 5 последовательных микровзрывов, в результате которых давление в камере сгорания нарастает постепенно, плавно и поршень тоже плавно перемещается от верхней мертвой точки до нижней.
Если задержка воспламенения будет больше (низкое ЦЧ), то 1 часть просто не успеет сгореть. И объем 1 части струи начнет воспламеняться уже вместе с объемом 2 части струи. А если задержка будет слишком большой, то получим ситуацию, когда топливовоздушная смесь воспламеняется тогда, когда влетели все 5 частей. В этой ситуации, вместо последовательных микровзрывов, получаем один большой взрыв всех 5 частей струи топлива. И имеем не плавное постепенное нарастание давления, температуры, а резкое взрывное. Результат — ударная нагрузка на поршень и на весь кривошипно-шатунный механизм, что проявляется повышенной шумностью работы двигателя, стуками, вибрациями. Получаем — повышенный износ и разрушение подшипников, вкладышей, опасность поломки поршневых колец, прорыва картерных газов и т.д.
Принятое упрощение, можно сказать, сделано верно. Ведь форсунки в современных двигателях за такт делают сразу несколько впрысков. В самых современных двигателях количество впрысков, насколько помню, может достигать 9. Поправьте, если ошибся.
Кроме того, за один большой взрыв все молекулы топлива не успевают сгореть. Несгоревшие молекулы, и молекулы которые начали гореть, но не успели, вылетают в трубу, а часть оседают на стенках двигателя в виде нагара, кокса.
А раз топливо сгорело не полностью, да еще не так как нужно (не плавно, а резко разом) — получаем снижение мощности двигателя. Вам — водителю не хватает мощности, и вы еще сильнее давите на педаль газа, т.е. получаем еще и увеличение расхода топлива. А с выхлопной трубы — повышенную дымность, токсичность выхлопных газов.
Поэтому-то мы и имеем такую резко-наклоненную линию 1 на графике Рисунка 1 (см. выше). Чем ниже ЦЧ, тем сложнее двигателю запуститься и выйти на рабочий режим работы. И тем более ему это труднее сделать зимой, и чем ниже температура окружающего воздуха — тем хуже и хуже холодный пуск. Об этом нам говорит и Топливная Хартия:
Перевод:
Влияние Цетана на холодную пусковую способность
Увеличение цетанового числа приводит к уменьшению времени проворачивания коленчатого вала двигателя (времени до того, как двигатель достигнет выключения стартера) при заданной частоте вращения двигателя. Последующая программа ACEA EPEFE, в которой рассматривалось влияние качества дизельного топлива на выбросы тяжелых дизельных двигателей, продемонстрировала значительное (до 40%) сокращение времени работы кривошипа при увеличении цетанового числа с 50 до 58.Более короткий цикл проворачивания означает меньшее количество циклов с неполным или частичным сгоранием топлива во время работы кривошипно-шатунного механизма, что приводит к повышению стабильности горения и снижению шума, вибрации и жесткости (NVH).
Смотрим Рисунок 29 из книги Данилова.
При минус 22 градусов цельсия двигатель VW Golf с дизельным топливом с ЦЧ=47 ед. запускается за 2,5 секунд, а с ЦЧ= 44,1 ед. – 7,5 секунд.
С проблемой холодного пуска, с повышенной шумностью двигателя на холодную, стуками, вибрациями, думаю, сталкивались многие.
Итак, можно подвести вывод — У зимнего топлива цетановое число должно быть как минимум такое же как у летнего, а в идеале — выше, чем у летнего!
Работу форсунок регулирует электроника. Электроника определяет какое количество впрысков нужно сделать и какую порцию топлива нужно подать при каждом впрыске. Чем быстрее топливо воспламеняется (чем выше ЦЧ), тем проще электронике регулировать работу форсунок, обеспечивая наиболее оптимальный режим работы двигателя.
Перевод:
В целом более высокое цетановое число позволяет улучшить контроль задержки воспламенения и стабильности горения, особенно на современных дизелях, использующих большое количество рециркуляции выхлопных газов (EGR). Высокое ЦЧ делает это, предоставляя место для калибраторов двигателя, чтобы адаптировать горение для наилучшего калибровочного компромисса между шумом горения, выбросами и расходом топлива во всем рабочем диапазоне двигателя. Присадки могут повышать уровень цетана в топливе;
Снижение шума иллюстрирует следующий график.
Чем ниже шум – тем плавнее, правильнее работает двигатель.
Что же делать?
Если хочешь, чтобы твой двигатель прослужил долго, без поломок, остается одно – необходимо увеличивать цетановое число до рекомендуемого Топливной Хартией значения – не менее 55 ед., добавляя цетаноповышающую присадку.
Цетаноповышающую присадку правильней называть — промотр воспламенения. Дело в том, что она не просто ускоряет воспламенение топливо-воздушной смеси (ТВС). Самый главный профит — микрокапли 2-этилгексилнитрата воспламеняются быстрее, чем углеводороды ТВС. После впрыска они, как тысячи спичек, поджигают ТВС во всем объеме. Этим и достигается улучшение воспламеняемости топлива, увеличение полноты сгорания топлива.
Итак, применение промотора воспламенения позволяет:
— увеличить полноту сгорания топлива;
— обеспечить оптимальный режим работы двигателя;
— повысить мощность двигателя;
— снизить расход топлива;
— уменьшить нагарообразование в камере сгорания и форсунках;
— снизить износ деталей цилиндро-поршневой группы;
— снизить шум и вибрации работы двигателя;
— облегчить холодный пуск в зимой;
— уменьшить токсичность выхлопных газов.
А вдруг я перелью присадку, чем опасно повышенное цетановое число?
Максимальное предельное значение цетанового числа ни ГОСТ Р 32511-2013, ни WFC — не регламентируют. Но выше 60 ед. повышать ЦЧ некоторые источники все же не рекомендуют [см. Глава 1] (информацию нужно еще раз поизучать, уточнить).
Вернемся к нашей схеме работы впрыска дизельного топлива. В случае если задержка воспламенения будет слишком короткой (высокое ЦЧ), то молекулы 1 часть струи будут начинать гореть уже до того, как в камеру сгорания попадет вся порция струи. Поршень начнет свое движение вниз раньше. Образующие продукты сгорания будут затруднять доступ кислорода к еще влетающим молекулам. А молекулам 5 части вообще может не хватить времени на воспламенение, так как к этому моменту поршень будет уже слишком внизу, и давление, температура в камере упадут до значений, недостаточных для воспламенения молекул.
Имеем результат, как и при пониженном ЦЧ — несгоревшие молекулы, и молекулы которые начали гореть, но не успели, вылетают в трубу, а часть оседают на стенках двигателя в виде нагара, кокса.
Топливо сгорело не полностью — получаем снижение мощности двигателя. Плюс еще одну причину потери мощности смотрим ниже.
А вдруг у меня прогорят поршня?
Превышение ЦЧ даже выше 60 ед. не приведет к прогоранию поршней, как многие боятся. Наоборот. Мы уже выяснили выше: чем выше ЦЧ — тем легче воспламеняется топливо-воздушная смесь. Следовательно, воспламенение ТВС топлива с высоким ЦЧ будет происходить при более низких температурах, чем топлива с низким ЦЧ. На рисунке ниже смотрите график коэффициента тепловыделения двигателя в зависимости от цетанового числа топлива (см. страницу 64).
Красная линия — работа двигателя на топливе с ЦЧ = 43 ед., черная линия — с ЦЧ = 56 ед. Черная линия располагается ниже красной линии, т.е. двигатель греется меньше.
Поршня прогорают по другой причине — от коррозии, вызванной повышенным содержанием серы в некачественном дизельном топливе. При горении серосодержащих соединений образуется серная кислота, которая и разъедает металл стенок поршней и цилиндров.
Что за жижа такая — цетаноповышающая присадка?
В качестве промотора воспламенения во всем мире используют два класса соединений — это алкилнитраты и пероксиды. Каждые имеют свои плюсы и минусы.
В России официально, для производителей топлив (НПЗ), в качестве промотора воспламенения, разрешен к применению только 2-этилгексилнитрат.
У всех производителей/продавцов присадок, не важно оптовик это или розничный продавец, цетаноповышающая присадка — это именно 2-этилгексилнитрат.
Поэтому эффективность действия присадок от разных производителей/продавцов – одинаковая.
Поэтому, не стоит гнаться за красивыми брендовыми названиями иностранных, российских продавцов.
В России 2-этилгексилнитрат производит, по сути, единственный завод — ФКП Завод имени Я.М. Свердлова в г. Дзержинске Нижегородской области. Покупая цетаноповышающую присадку от разных розничных продавцов вы покупаете вещество, произведенное на одном и том же заводе.
Список марок (брендов) цетаноповышающих присадок из книги Данилова:
Скриншоты с сайтов производителей/продавцов.
***
Если статья для Вас показалась интересной — делитесь с друзьями! Мне будет стимул писать еще. Спасибо!
Цикл статей на тему присадок для дизельного топлива:
Что такое противоизносная присадка для дизельного топлива?
Что такое цетаноповышающая присадка?
Правила использования присадок для ДТ
Байкат, Комплексал-ЭКО «Д» — противоизносные присадки для дизельного топлива (Роснефть)
Миксент 2030, Миксент 2000 — противоизносные, цетаноповышающие присадки для дизельного топлива
ГТ-16 — противоизносная присадка для дизельного топлива (Танеко)
Статьи про присадки для топлив изначально писал в своем боржурнале на Драйв2. Теперь статьи в первую очередь будут обновляться и актуализироваться здесь на FuLu.club.
Использованные источники:
Современные дизельные топлива и присадки к ним, Т.Н. Митусова, Е.В. Полина, М.В. Калинина, Издательство «Техника»
Исследование совместимости присадок различного функционального назначения в дизельных топливах ЕВРО, Диссертация, А.С. Недайборщ.
Межмолекулярные взаимодействия и механизм действия присадок в топливной дисперсной системе, С.Т. Башкатова, И.Н. Гришина, О.В. Попова, В.А. Винокуров
Книга «Применение присадок в топливах. Справочник», Данилов А.М., доктор технических наук
Отечественные присадки к дизельным топливам, Научно-технический журнал «Мир нефтепродуктов», А.М. ДАНИЛОВ, д_р техн. наук (ОАО «ВНИИ НП»)
Исследование эффективности действия функциональных присадок в дизельных топливах различного углеводородного состава, диссертация, Буров Егор Александрович
Отечественные присадки для ЕВРО-5. Опыт подбора и результаты испытания при производстве дизельного топлива, Журнал Нефтегаз, Г. В. Тараканов, О. Ю. Павлюковская, А. В. Мельниченко, О. В. Танаянц, А. Ф. Нурахмедова, Т. И. Сасина
Исследование дизельных топлив с ультранизким содержанием серы в условиях нативного и инициированного окисления, диссертация, Старикова О.В.
Эффективность цетаноповышающих присадок к дизельным топливам, Вестник технологического университета. 2016. Т.19, №11, З. Р. Закирова, Р. К. Ибрагимов, А. Н. Петрова, Д. А. Ибрагимова, А. А. Артыков
Механизм действия присадок, регулирующих процесс самовоспламенения топлив, Вестник Казанского технологического университета, Ибрагимова Д.А., Гадельшин Р.Р., Артыков А.А.
Многофункциональные пакеты присадок БАСФ к дизельным топливам для создания топливных брендов, Научно-технический журнал «Мир нефтепродуктов», Е.А. НИКИТИНА, канд. техн. наук (ОАО «ВНИИ НП»), Д.С. ПАВЛОВ, канд. техн. наук, И.А. ПОРТНЯГИН, канд. хим. наук, Н.Ю. ГРОМОВА, В.П. КАРАВАЙ, канд. хим. наук (ЗАО «БАСФ»).