Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 0

Цетановое число дизельного топлива: повышение до оптимальных значений

Содержание

Цетановое число дизельного топлива: определение и повышение

Цетановое число

Цетановое число – это важнейшая характеристика дизельных топлив, которая дает информацию о периоде задержки воспламенения топливной смеси. Чем больше значение данного параметра, тем меньше задержка от впрыска топлива в цилиндр до начала горения, и тем спокойнее и плавне горит топливная смесь.

Стандартные двигатели работают оптимально на дизельных топливах с цетановым числом от 40 до 55. Снижение параметра приводит к резкой задержке воспламенения, давление в камере сгорания нарастает быстрее и увеличивается износ. Стандартные типы топлива как раз характеризуются цетановым числом на уровне 40-45, а топлива высшего качества – 45-50. Российские стандарты накладывают определенные ограничения на численное значение данного показателя: летнее и зимнее дизтопливо должно характеризоваться цетановым числом не менее 45 единиц.

Знаете ли Вы, что европейский стандарт ISO 5156 определяет минимальное значение цетанового числа для дизельного топлива на уровне 48 единиц.

Дизельные топлива высшего качества (премиальные) более легкие, содержат больше легковоспламеняющихся фракций, поэтому являются более подходящими для запуска двигателей в холодную пору года. Премиальные топлива при горении образуют меньше дыма, что обусловлено повышенным отношением водорода к углероду в легких фракциях.

Если цетановое число дизтоплива превышает 60 единиц, то появляется ряд негативных моментов: снижается полнота сгорания, повышается расход, возрастает дымность.

Частично цетановое число определяется групповым составом топлива, количеством парафинов, нафтенов, олефинов и т.п. Такое свойство парафинов, как самовоспламенение при низких температурах, делает их полезным компонентом нефтепродукта.

осветление дизельного топлива

Цетановое число дизельного топлива: повышение до оптимальных значений

цетановое число дизельного топлива

Еще совсем недавно дизельные двигатели были атрибутом исключительно грузовых автомобилей и габаритной техники, а уже сейчас их все чаще можно встретить и на легковушках. Именно поэтому знакомство с характеристиками и качественными показателями дизельных топлив становится все более актуальным. И если о октановом числе знает каждый хозяин легкового автомобиля, что такое цетановое число дизельного топлива слышали далеко не все.

Чем октан отличается от цетана: Бензин против дизеля

Сегодня мы поговорим о таком редко обсуждаемом обывателями явлении, как октановое и цетановое числа в топливе. Что это такое в сравнении одно с другим? В чем разница? Где применяется октан, а где цетан? И нужно ли мне это знать?

1. Понятие «цетановое число»

Воспламеняемость – одна из определяющих характеристик дизельного топлива. Она характеризуется Цетановое число показывает, как быстро загорается топливо в цилиндре.

При увеличении значения уменьшается время, которое потребуется для впрыска топлива. Это обеспечивает более ровное, спокойное, плавное сгорание топливной смеси. Чем больше показатель, тем быстрее запускается двигатель, повышается мощность. Поэтому дизельное топливо зимнего типа для более легкого запуска ДВС отличается более высокими показателями, чем топливо, которое предназначено для использования летом.

Основной химический состав солярки

Дизельное топливо состоит из набора определенных химических элементов:

  • парафиновых углеводородов (10-40% состава);
  • нафтеновых углеводородов (20-60% состава);
  • ароматических углеводородов (15-30% состава).

В составе могут присутствовать дополнительные элементы: смолистые, сернистые соединения, вода, механические примеси.

Парафиновые углеводороды (алканы, нефтяные парафины) представляют собой смесь твердых углеродов с содержанием в молекуле максимального количества атомов водорода и атомов углерода в количестве 18-35. Присутствуют во всех природных жидких ископаемых – метане, нефти, пропане – и их производных. Подвержены крекингу.

Нафтеновые углеводороды (циклоалканы) представляют собой циклические насыщенные углеводороды, характеризующиеся циклическим строением атомов в молекулах. В нефтепродуктах, из которых производят солярку, встречаются преимущественно гомологи циклогексана и циклопентана. Присутствуют во всех нефтепродуктах, кроме газообразных веществ.

Ароматические углеводороды (арены) – органические циклические соединения. Характеризуются ароматической системой: расположением шести углеродно-водородных групп в углах молекулярного шестиугольника. Это явление называется бензольным кольцом. Склонны к реакциям замещения. Присутствуют во многих конечных продуктах, полученных путем переработки нефтяных фракций.

Состав дизтоплива

Дизельное топливо состоит из смеси углеводородов, которую получают за счет перегонки нефти и выделения из нее необходимых фракций. По составу оно существенно отличается от бензина, соответственно отличается также способ поджигания топливно-воздушной смеси в цилиндрах бензинового и дизельного двигателя.

Воспламенение бензина осуществляется за счет искры от свечи зажигания. Для правильного протекания процесса очень важно такое свойство, как детонационная стойкость, которая характеризуется октановым числом. В случае дизельного топлива происходит самовоспламенение за счет большой степени сжатия. Основным параметром, характеризующим воспламенение дизтоплива, является цетановое число. По сути, оно показывает время, которое проходит от начала впрыска до воспламенения топлива в цилиндре.

Как измерить цетановое число?

Цетановое число определяют при помощи сравнения с эталонным показателем, в качестве которого принимают время воспламенения цетана в смеси с α-метилнафталином. Цетановое число этого вещества приравнивается к 100%. Рассмотрим особенности влияния этого параметра на работы двигателя:

  • оптимальная работа двигателя может достигаться только при работе на топливе с цетановым числом 40-55;
  • если наблюдается уменьшение значения цетанового числа, то период задержки воспламенения после сжатия возрастет. А это, в свою очередь, приведет к сбоям в работе двигателя, уменьшению давления при рабочем ходе и уменьшению мощности;
  • если цетановое число дизельного топлива находится на уровне 55, то такое горючее можно отнести к премиум-классу;
  • дальнейшее увеличение цетанового числа нецелесообразно, поскольку оно приведет к пагубному влиянию топлива на работу дизельной установки. Применение горючего с цетановым числом более 55 будет способствовать неполному сгоранию с образованием чрезмерного количества сажи и копоти. Возрастет также и расход топлива.

В России действуют стандарты, накладывающее ограничения на нижнее значение цетанового числа: оно не может быть меньше 40 как для быстроходных, так и для тихоходных установок.

Для измерения цетанового числа применяют опытный мотор. Cначала в России этот показатель определялся в соответствии с рекомендациями ГОСТ 3122, но установка отечественного производства ИДТ-90 не смогла пройти международных испытаний на воспроизводимость результатов. В 2009 году в международный стандарт EN590 и российский ГОСТ был введен еще один способ. Он показал хорошую сходимость, лучшую точность, уменьшил время испытаний на 20 минут.

ГОСТ 3122-67 “Топлива дизельные. Метод определения цетанового числа” впервые был введен в действие 1 января 1968 года.

При измерении цетанового числа некоторными методами приходится сталкиваться с проблемой зависимости результата от состава дизельного топлива. Моторный подход дает правильные цифры в отношении топлив с любым фракционным составом, а различные экспресс-анализаторы требуют перекалибровки при переходе с одного вида нефтепродукта на другой, что очень неудобно.

Для определения значения цетанового числа можно задействовать три подхода: совпадения вспышек, запаздывания воспламенения и критическую степень сжатия. Чаще всего используется «метод совпадения вспышек», реализующийся на установках:

  • ИТ9-3;
  • ИТ9-3М;
  • ИТД-69.

По конструкции – это одноцилиндровые четырехтактные двигатели, оборудованные специальным образом. При выполнении исследований частоту вращения вала мотора нужно поддерживать постоянной на уровне 900±10 об/мин.

Во многом цетановое число топлива зависит от его углеводородного состава. Ароматические углеводороды имеют самые низкие цетановые числа, а парафиновые – самые высокие.

Октановое число

Начнем с основ, самого простого и распространенного показателя, октанового числа. Он используется в качестве шкалы оценки бензина. Октановое число, как слышали скорее всего многие, является показателем, который характеризует детонационную стойкость бензина, то есть возможность топливу сопротивляться самопроизвольному воспламенению при сжатии.

Что это означает? Бензин с более высоким октановым показателем может быть сжат до более высоких атмосфер (высокого давления), при этом топливовоздушная смесь не воспламенится раньше времени. Иными словами, можно подвести такой вывод под одной из тех цифр, что мы обычной видим на заправках: 92, 95, 98, – это показатель того, насколько вы можете сжать воздушнотопливную смесь прежде чем бензин в ней загорится.

Если происходит преждевременное возгорание топлива, до того, как в заданный промежуток времени проскочит электрическая искра, мы получим так называемую детонацию, крайне вредное для любого мотора явление, с которым инженеры уже давно научились бороться. Как видим, в том числе при помощи топлива.

Кстати, а знали ли вы, что шкала алканов, в которые входят в том числе и октаны, простирается от 0, этот показатель соответствует гептану (C₇H₁₆) до показателя в 100 единиц, что соответствует октану (C₈H₁₈)? Теперь знаете или по крайней мере вспомнили. Вот такое небольшое отступление в химические дебри школьной программы.

Чем еще полезен высокооктановый бензин, кроме отсутствия или минимального присутствия возможности детонации? При высоком показателе компрессии двигатель способен развить больше крутящего момента при одном и том же объеме израсходованного топлива. То есть, двигатель становится эффективным. При этом двигатель позволяет заранее выставить фазы, что даст временной запас при движении поршня в верхнюю мертвую точку и оптимально поджечь смесь.

И наконец, благодаря вышеназванным плюсам, высокооктановое топливо лучше работает в двигателях с турбинами и нагнетателями.

Пару слов о низкооктановом бензине. Все те показатели, только со знаком минус, наблюдаются у топлива с низким октановым числом. Этим обусловлено использования бензинов АИ-80, 92 и в относительно маломощных атмосферных моторах.

От чего зависит химический состав дизельного топлива

Отношение углеводородов определенной группы к общей массе топлива, значит и общий состав солярки, зависят от многих факторов:

  • Местоположения добычи нефти. В продукте одного региона будет 20% содержания алканов, в другом регионе показатель увеличится до 40%.
  • Температуры перегонки нефти. При тепловой обработке многие химические вещества вступают в реакции распада, замещения, присоединения и т.д.; состав продукта и его свойства меняются.
  • Действующих присадок. В готовое дизельное топливо добавляют дисперсионные присадки, которые изменяют его характеристики и тоже влияют на итоговый состав солярки.

Главное, от чего зависит соотношение компонентов горючего – исходный состав нефти, из которой оно производится.

Определение цетанового числа

На практике при определении цетанового числа используют сравнение образца горючего со смесью цетана и альфаметилнафталина. При этом цетановое число цетана принимается равным 100, а альфаметилнафталина – 0.

Более опытные автомобилисты научились оценивать цетановое число дизельного топлива на глаз, точнее на слух. Если цетановое число купленного горючего меньше 40, то работа дизельного двигателя характеризуется жесткостью с изданием соответствующих звуков. Более мягкая работа мотора соответствует большему цетановому числу. Но использовать дизельное топливо с очень большим цетановым числом также не рекомендуется. Тут, как почти в любом деле, важна мера. Если цетановое число превышает показатель в 55 единиц, то топливо не будет полностью сгорать в цилиндрах. Одновременно возрастет количество сажи и других вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах.

Для чого це потрібно знати?

Багато в чому цей показник визначаєекологічність палива, оскільки здатність до самостійного займистості залежить від наявності в складі вуглеводнів. Наприклад, якщо в солярці більшу частину складають парафінові з'єднання, то вона запалюється швидше. А при утриманні ароматичних вуглеводнів може бути велика затримка. Отже, більш високе цетанове число дизельного палива говорить про меншу кількість в його складі шкідливих для навколишнього середовища ароматичних вуглеводнів. Та й двигун з такою соляркою працює трохи гірше.

Якщо цетанове число менше 40, то двигунбуде працювати в більш жорсткому режимі. Можливий навіть так званий дизельний стук при холостих обертах до моменту розігріву силової установки. Показники роботи при цьому знижуються, підшипники і інші деталі зношуються швидше.

дизпаливо ціна

Цетанове число для літнього та зимового паливамає бути різним. Взимку воно повинно бути вище. Також необхідно розрізняти даний показник в залежності від типу автомобіля. На величезних судах його значення може бути близько 20. В легкові автомобілі заправляється паливо з цетановим числом вище 55, а для вантажних машин — не менше 40.

Как применять топлива с различным цетановым числом?

В состав дизельного топлива с цетановым числом 50-55 входит большое количество легких фракций, склонных к быстрому самовоспламенению. А это достаточно удобно при запуске дизельных двигателей в холодную пору года. Более полное сгорание топливной смеси с образованием меньшего количества копоти и дыма в этом случае достигается за счет высокого соотношения фракций водорода к углероду.

Конкретная величина цетанового числа во многом определяется компонентами, входящими в состав дизельного топлива. Среди них стоит отметить парафины, нафтены, ароматические вещества, олефины и т.д.

Увеличение количества парафинов хорошо сказывается на воспламеняемости топлива, поскольку они способствуют бесперебойной работе двигателей в условии низких температур, а также положительно влияют на общий коэффициент полезного действия.

3. Способы измерения

Чтобы узнать ЦЧ, применяют следующую методику:

измерить время сгорания топливной смеси, которая состоит из α-метилнафталина и цетана;

сравнить полученные значения с эталонными показателями.

При сравнении учитывают, что значение цетана в исследуемом топливе выведено. При этом используются два эталона, у которых цетановые числа ниже и выше, чем у исследуемого образца.

При этом границы значений регламентируются стандартами для обеспечения качества дизельного топлива и исключения негативных воздействий на двигатель.

Как повысить цетановое число в процессе производства?

Конкретное значение цетанового числа определяется фракционным составом дизельного топлива. Более высокие значения отвечают топливам с большим содержанием парафиновых углеводородов нормального строения. Ароматические углеводороды без боковых цепей наоборот, снижают значение цетанового числа. Поэтому в каждом конкретном случае общее значение цетанового числа зависит от пропорций, а которых пребывают перечисленные углеводороды в дизельном топливе.

Изначальное получение горючего с более высоким цетановым числом обходится дороже, поэтому с целью экономии финансовых средств часто используют специальные присадки. Они представляют собой добавки, вводимые в горючее, и позволяют повысить цетановое число на 2-7 единиц. Среди наиболее используемых присадок данного класса стоит выделить циклогексилнитраты и изопропил. Штучное повышение их концентрации выше рекомендуемых значений не рекомендуется, поскольку может привести к ухудшению остальных показателей горючего.

Какие стандарты приняты в странах ЕС, а какие в России?

Высокое значение цетанового числа не является показателем самого качественного топлива. Оптимальное значение находится в диапазоне от 50 до 60. Данные значения характерны для топлива, которое рекомендуется для автомобилей с двигателем стандарта Евро 5.

Если значение цетанового числа будет выходить за обозначенные рамки в большую сторону, то топливо можно назвать «перенасыщенным». То есть каждое последующее увеличение параметра не будет иметь смысла.

Согласно требованиям отечественных ГОСТов значение цетанового числа должно быть не менее 45. Такая граница является предельно низким допустимым значением. По стандартам стран ЕС нижний порог находится на отметке 48.

дизельное топливо евро 5

Вимірювання

Перевірити значення цетанового числа у себе вгаражі навряд чи вийде. Це можна зробити тільки в лабораторних умовах. Сам принцип вимірювання нескладний. При розрахунках змиритися час самозаймання солярки і співвідноситься з часом займання паливного еквівалента. Наприклад, якщо солярка запалюється за такий же час, як і 35% суміш цетана і альфа-метилнафталіну, то таке паливо буде мати цетанове число 35.

Цей спосіб вимірювання застосовується до всіхкомпонентів дизельного палива. На жаль, не вийде обчислити це значення самостійно, однак на заправній станції можна уточнити, яке цетанове число продаваної солярки.

підвищення цетанового числа дизельного палива

Как увеличить значение цетанового числа?

Безусловно, на качество дизеля оказывает влияние не только цетановое число. Проблема повышения качества дизельного топлива остаётся для автолюбителей одной из самых актуальных. Ни для кого не секрет, что большинство нефтеперерабатывающих предприятий страны стараются выпускать топлива со значением цетанового числа по нижней допустимой стандартами границе.

Для повышения цетанового числа необходимо использовать специальные цетан-корректоры, способные компенсировать недостающие элементы.

Продукция подобного рода влияет на улучшение воспламеняемости топлива, обеспечивая при этом безболезненный запуск мотора даже в условиях отрицательных температур. Кроме того, присадки влияют на работу двигателя, делая её более ровной, а также уменьшают объёмы выхлопов и снижают шум работы двигателя.

4. Нюансы применения дизтоплива с различным ЦЧ

Дизельное горючее высокого качества (обеспечивает полное сгорание топливной смеси, быстрое воспламенение, образование небольшого количества копоти) характеризуется цетановыми числами в пределах 50–55 единиц. Такое топливо рекомендуют использовать при отрицательных температурах за счет повышения КПД и большей вязкости.

Дизельное топливо с высокими показателями ЦЧ обеспечивает:

минимальный износ деталей;

низкий уровень дымности;

исключение перегрева двигателя в процессе полного сгорания топливной смеси;

быстрый запуск двигателя;

бесшумный режим работы.

Соответствие дизельного топлива нормам существующих стандартов обеспечивает высокую производительность работы. Но не все рабочие характеристики двигателя определяются исключительно значением цетанового числа для дизельного топлива. Параметры горючего определяет производитель. Они считаются определяющими при эксплуатации автомобиля. Если превышать рекомендованные параметры, то будет обратный эффект: увеличится износ деталей и расход дизтоплива, снизится экологичность.

Оборудование для смешивания топлив с присадками

На практике для смешивания дизельных топлив с присадками используется специальное оборудования – установки типа УСБ торговой марки GlobeCore. При обычных методах смешивания, известных на сегодняшний день, топливо в случае добавления отдельных составляющих частей имеет склонность к расслаению.

цетановое число дизельного топлива оборудование УСБ-18/3

Особенностью предлагаемой установки является то, что применяя инжекционный метод и гидродинамический удар можно повысить цетановое число дизельного топлива за счет введения в него специальных присадок. При этом расслаивание полученного продукта не происходит в течении как минимум 180 дней.

Современные гидродинамические (поточные) смесительные установки зарекомендовали себя в промышленной эксплуатации в качестве экономичных, точных и стабильных средств производства высококачественных моторных топлив с оптимальной себестоимостью. Достигаемая экономия средств и повышения рентабельности производства по сравнению с традиционной технологией смешивания компонентов в смесительных емкостях может ускорить темпы возврата капиталовложений до 60% за год и обеспечить окупаемость проекта за срок до одного года и менее.

стандарти

Високий показник не завжди є найкращим. Фахівці вважають, що оптимальне значення цетанового числа знаходиться в діапазоні 50-60. При цих значеннях досягається максимальне "насичення" палива, тому подальше підвищення цетанового числа дизельного палива є безглуздим. За російським вимогам (ГОСТ 305) мінімально допустиме значення — 45. Однак за європейськими нормами дизельне паливо "ЄВРО 5" не може мати цетанове число нижче 48. Це побічно означає, що в країнах Євросоюзу солярка краще. Втім, і ціна на дизпаливо там вище. І якщо в Росії вартість літра солярки в середньому складає 40-47 рублів, то в Німеччині — 1.5 євро (близько 100 рублів).

5. Как увеличить цетановые числа на производстве

В зависимости от фракционного состава (содержания в составе горючего различных углеводородов) изменяются значения цетановых чисел. Чтобы повысить показатели цетана на производстве, применяют различные присадки (изопропил, синтин, нитросоединения и прочее). Они увеличивают ЦЧ от 2 до 7 единиц без ухудшения эксплуатационных качеств дизтоплива. Более высокое повышение цетановых чисел снижает рабочие характеристики горючего.

Также используются установки типа УСБ, благодаря которым можно смешивать до 5 составляющих. Такое оборудование устанавливается как на нефтеперерабатывающих заводах, так и на автозаправочных станциях. Получаемая на данных установках топливная смесь годна в течение 180 суток без разделения продуктов на составляющие.

6. Самостоятельное использование присадок

Чтобы исключить неприятные последствия при покупке некачественного дизельного топлива в дороге, многие автовладельцы возят с собой специальные присадки.

снижает износ и загрязнение деталей двигателя;

увеличивает скорость запуска;

снижает потребление топлива;

уменьшает образование черного дыма и белого выхлопа, шума, стука в моторе;

повышает количество сжигаемого горючего;

уменьшает количество отложений;

обеспечивает мягкую и плавную работу ДВС.

На рынке представлены различные присадки. Рассмотрим характеристики некоторых из них:

Lubrizol 8090. Увеличивает цетановые числа на 3–5 единиц. Защищает компоненты двигателя от износа, коррозии и деформации за счет создания надежной пленки на поверхности деталей. Благодаря присадке можно удалять и вытеснять отложения, препятствовать затемнению элементов ДВС.

Clarian Dodicet 5073. В среднем повышает показатели на 4–7 единиц. Понижает шумность, дымность, способствует стабилизации работы двигателя. При этом в зимнее время обеспечивает быстрый запуск и увеличение мощности мотора.

Zenteum ZR 668. Позволяет изменить числа дизельного топлива на 7–10 единиц. Применяется для всех видов дизтоплива, включая арктические. Также эта присадка улучшает эксплуатационные качества горючего, снижая количество выбросов и негативное воздействие на детали мотора.

Afton HiTEC 410W. После введения изменяет цетановые числа на 2 единицы. Снижает количество выхлопных газов, минимизирует уровень вибраций в моторе и стабилизирует топливо (не дает солярке разбрызгиваться).

Периодичность использования присадок определяет каждый водитель самостоятельно в зависимости от поведения автомобиля. Производители рекомендуют использовать корректоры при каждой заправке.

Какое количество вещества добавить, в какой момент, на какой объем горючего – это индивидуальные параметры, которые определяет производитель.

висновок

З огляду на ціну на дизпаливо в Росії, не вартодивуватися не самому високій якості даного продукту. Тепер ви знаєте, що це за показник і за що він відповідає. Якщо ваш автомобіль дуже чутливий до дизельного палива, то використовуйте присадки. На жаль, немає іншого способу його поліпшити.

7. Стандарты ЕС

В странах Евросоюза предъявляются более жесткие требования к содержанию веществ в дизельном горючем по сравнению с РФ. Нижняя граница определяется на уровне 48 единиц.

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации