Экспертиза дизельного топлива

Требования Всемирной топливной хартии к дизельному топливу

Цетановое число – это характеристика компрессионного воспламенения топлива. Увеличение цетанового числа уменьшает время проворачивания коленчатого вала двигателя до пуска, а также заметно снижает выбросы вредных веществ, расход топлива и шумность работы. От данного параметра зависит уровень шума, выделяемого дыма и мощность двигателя. Приемлемый для универсального использования диапазон показателей цетанового числа – от 40 до 50. По факту эта цифра отображает длительность задержки возгорания. Однако если этот показатель превышает 60 отметку, такое топливо никак не будет влиять на мощность.

Если еще несколько десятилетий назад использование дизтоплива для легковых автомобилей не представлялось возможным, то сегодня ситуация поменялось. Все больше собственников транспортных средств переходят на использование данного продукта ввиду его доступности и эффективности. Но его качество – неизменный критерий, от которого стоит отталкиваться при покупке.

Ключевая характеристика солярки – уровень ее воспламеняемости. Он определяет, сколько времени понадобится топливу от поступления в цилиндр до его непосредственного воспламенения. Чем короче этот промежуток времени, тем выше будет цетановое число. Его высокий показатель также улучшает работу двигателя, способствует более правильной и безопасной работе механизма. Почему этот параметр так важен при определении качества?

По цетановому показателю можно отследить химический состав. Уровень воспламеняемости будет напрямую зависеть от углеводородного состава горючего. Лучше всего горят составы на основе парафина, хуже всего – ароматические. Следовательно, в данной пропорции нужно отслеживать количество именно ароматических углеводородов, поскольку по ним и определяется качество солярки. Так, если показатель будет меньше 40, это будет гарантировать дополнительную нагрузку на двигатель и работу в более жестком режиме. Регулярная заправка такого топлива негативно отразится на состоянии двигателя, ускорив его износ.

Цетановый индекс – это цетановое число топлива, которое вычисляется на основе измерения свойств топлива. Цетановое число определяется на испытательном двигателе и отражает влияние топливных присадок, улучшающих цетановое число топлива.

Цетановый индекс и цетановое число по-разному влияют на эксплуатационные характеристики автомобиля. Следовательно, чтобы избежать передозировки топливных присадок, необходимо сохранять минимальную разницу между цетановым индексом и цетановым числом.

Плотность и кинематическая вязкость. Изменения плотности (и кинематической вязкости) топлива приводят к изменению мощности двигателя и, следовательно, к изменению выбросов из двигателя и расхода горючего. Чтобы сделать работу двигателя и выбросы выхлопных газов оптимальными, и минимальное, и максимальное предельные значения для плотности должны быть определены в достаточно узком диапазоне.

Пониженная плотность будет уменьшать выбросы твердых частиц из всех дизельных автомобилей и выбросы NOx из тяжелонагруженных автомобилей. Однако пониженная плотность также будет увеличивать расход топлива и снижать мощность, снимаемую с двигателя. Изменения кинематической вязкости топлива (понижение плотности обычно приводит к снижению вязкости) могут усилить влияние плотности на мощность (но необязательно на расход горючего), особенно в сочетании с топливными насосами распределительного типа.

Серийные дизельные двигатели настраиваются на некоторую стандартную плотность, которая определяет количество впрыскиваемого горючего. Объемное количество впрыска горючего – это параметр управления для систем очистки отработавших газов, таких как система рециркуляции выхлопных газов (РВГ). Следовательно, изменения плотности топлива приводят к не оптимальным уровням РВГ для данной нагрузки и данной скорости в сравнении с заложенными в программу автомобиля и, как следствие, влияют на характеристики выхлопных газов.

Подача горючего и регулировка впрыска также зависят от вязкости топлива. Высокая вязкость может снизить скорость расхода горючего, приводя к недостаточной подаче топлива. Очень высокая вязкость горючего может привести к деформации насоса. Низкая вязкость, с другой стороны, будет увеличивать протечки из насосных элементов и в худшем случае (низкая вязкость плюс высокая температура) может привести к полной потере топлива в результате утечки. Так как на вязкость влияет температура окружающей среды, важно сделать минимальным диапазон между минимальным и максимальным предельным значением вязкости, чтобы сделать работу двигателя оптимальной.

Топливная система, установленная на дизельных агрегатах любого назначения, имеет специфическое устройство. Она включает в себя бак, совокупность насосов топливопроводов и фильтры специальной очистки. Последние бывают нескольких видов в зависимости от своего назначения. Так, фильтры грубой очистки необходимы для удерживания механических частиц, размер которых не превышает 60 мкм. Фильтры мелкой очистки отвечают за удержание твердых элементов, чьи параметры колеблются в пределах от 2 до 5 мкм.

На качество прохождения солярки по системе питания влияет масса ее ключевых параметров: низкотемпературные показатели, уровень вязкости, наличие в составе воды и нафтеновых кислот.

Самый «проблемный» параметр из всего вышеперечисленного – это вязкость. Чем она больше, тем сложнее прокачивается топливо. Особенно актуальна проблема в зимнее время. Чтобы нейтрализовать отрицательное воздействие мороза на состояние горючего, подача подкачивающего насоса, который и берет на себя основную нагрузку, превышает требуемую подачу для оптимальной работы дизельного двигателя в 5 раз.

Температура кипения характеризует полноту испарения солярки в двигателе. Если она будет слишком высокой, горючее не сможет полностью выпариться, и в результате осядет на внутренней части всей камеры сгорания. Это, в свою очередь, приведет к ускоренному износу основных деталей системы.

Температура вспышки – это наименьшие температурные показатели, при которых возможно вспыхивание паров при наличии открытого источника огня. При этом не должно возникать устойчивого процесса горения.

Сера является природным компонентом сырой нефти. Если серу не удалить во время процесса переработки нефти, она будет загрязнять автомобильное топливо. Сера дизельного топлива определяет количество выбросов мелких твердых частиц (ТЧ) в отработавших газах из-за образования сульфатов, как в двигателе, так и позже в атмосфере. Сера может привести к коррозии и износу систем двигателя. Более того, эффективность некоторых систем очистки отработавших газов снижается при увеличении концентрации серы в топливе, в то время как другие системы полностью выходят из строя из-за отравления серой. Влияние серы на выбросы твердых частиц общепризнано и считается существенным.

Фильтры твердых частиц. Дизельные фильтры твердых частиц с непрерывной регенерацией (ДФТЧНР) и каталитические дизельные фильтры твердых частиц (КДФТЧ) представляют собой два подхода к регенерации дизельных фильтров твердых частиц (ДФТЧ). ДФТЧНР осуществляет регенерацию фильтра, непрерывно генерируя NO₂ из NO, выброшенного из двигателя, на дизельном окислительном катализаторе, помещенном перед ДФТЧНР. КДФТЧ осуществляет регенерацию ДФТЧ, используя каталитическое покрытие на элементе ДФТЧ, чтобы способствовать окислению собранных ТЧ, используя кислород, имеющийся в дизельном выхлопе.

Ароматические углеводороды – это те молекулы топлива, которые содержат, по крайней мере, одно бензольное кольцо. Содержание ароматических углеводородов в дизельном топливе влияет на температуру сгорания и, следовательно, на выбросы NOx во время сгорания. Полиароматические углеводороды в топливе влияют на образование твердых частиц и выбросы полиароматических углеводородов (ПАУВ) из дизельного двигателя.

Фракционный состав. Кривая фракционного состава дизельного топлива показывает количество топлива, которое выкипит при данной температуре. Содержащиеся в топливе легкие фракции влияют на легкость запуска. Слишком большая доля тяжелых фракций приводит к закоксовыванию и повышенным выбросам сажи, дыма и твердых частиц. От него зависит расход ресурса, износ деталей, прогорание поршневых колец и оптимальный запуск транспортного средства.

Для достижения оптимальных рабочих показателей дизеля принципиальное значение имеет образование топливно-воздушной смеси в цилиндре. Для него важно не только качество распыления, но и скорость его испарения. Показатель испаряемости определяется фракционным составом. Особое значение данный показатель имеет для скоростных дизелей. Тем не менее, высокая концентрация в топливе легких фракций имеет отрицательное значение для качества сгорания.

Топливо с высокой концентрацией тяжелых фракций будет значительно медленнее испаряться, не до конца сгорать, тем самым, засоряя двигатель. Поэтому для высокого уровня эксплуатации техники, работающей на солярке, необходимо качественное сырье со средним фракционным составом. В нем не должно быть легких бензиновых соединений, обеспечивающих дополнительное утяжеление в работе двигателя. Но важно и минимальная концентрация тяжелых фракций, которые до конца не сгорают. Как наглядно демонстрируют проводимые исследования, качественная солярка должна иметь в своем составе максимальное количество фракций, полученных путем перегонки в температурном диапазоне от 250 до 350 градусов по Цельсию.

Текучесть при низких температурах. Дизельное топливо может иметь высокое содержание (до 20%) парафинов, которые обладают ограниченной растворимостью в топливе и при достаточном охлаждении выделятся из раствора в виде твердого парафина. Следовательно, достаточная текучесть при низких температурах – это одна из основных характеристик дизельного топлива. Текучесть при низких температурах обычно определяется фракционным составом горючего, углеводородным составом (содержание парафинов, нафтенов, ароматических углеводородов) и использованием топливных присадок.

Технические требования к текучести дизельного топлива при низких температурах должны устанавливаться в соответствии с сезонными и климатическими потребностями региона, в котором используется это топливо. Парафин в автомобильных топливных системах - это потенциальный источник проблем с эксплуатацией. Следовательно, низкотемпературные свойства дизельных топливо определяются испытаниями, связанными с образованием парафина:

• температура помутнения - температура, при которой самые тяжелые парафины начинают выпадать в осадок и образовывать кристаллы воска: топливо становится «мутным»;
• предельная температура фильтруемости - наименьшая температура, при которой топливо может проходить через фильтр во время стандартизованного испытания на фильтрацию;
• температура потери текучести – этот показатель используется на рынках США и Канады.

Одной из важных характеристик при использовании дизельного топлива считается его способность противостоять низким температурам и при этом сохранять свою подвижность. Эти свойства обусловлены наличием в горючем парафинов, которые с понижением температурных пределов выпадают кристаллами. От степени помутнения и застывания зависят его свойства.

Температурой помутнения принято обозначать ту, когда топливо изменяется так, что вместе с жидкой образуется твёрдая фаза. Тогда оно становится более мутным, но при этом подвижность все равно сохраняется из-за того, что кристаллы, образуемые в нем, очень малы. Температурой застывания называют момент потери им подвижности.

Помутнение, несмотря на сохранение текучести, все же может привести к нарушениям при запуске двигателя подачи топлива. Чтобы этого избежать, нужно чтобы окружающий воздух был теплее температуры помутнения при прогреве и пуске.

После помутнения может наступить застывание, которое выражается в том, что горючее приобретает вид студенистой массы, перестает быть текучим. Двигатель будет работать нормально при условии, что окружающая атмосфера будет теплее застывания самого дизтоплива где-то на 8-12 градусов.

Вспенивание. Дизельное топливо имеет склонность к пенообразованию во время заправки топливного бака, что замедляет этот процесс и вызывает риск перелива. Антипенные присадки иногда добавляются в дизельное топливо, причем часто как компонент многофункционального пакета присадок, чтобы ускорить и обеспечить более полное наполнение баков автомобиля. Их использование также снижает вероятность пролива топлива на землю. Кремнийорганические поверхностно-активные присадки эффективны при подавлении склонности к пенообразованию дизельных топлив. Важно, чтобы выбранная антипенная присадка не создавала каких-либо проблем для долгосрочной надежности систем очистки отработавших газов.

Эфиры растительных масел (ЭРМ) все в большей степени используются как дополнительный ресурс дизельного топлива или заменитель дизельного топлива. Это обусловлено усилиями некоторых стран использовать продукцию сельского хозяйства или снизить зависимость от импорта нефтепродуктов. Существуют данные, свидетельствующие о положительном влиянии этих продуктов на экологических показатели. Однако существуют и сомнения по вопросу использования этих эфиров в дизельных топливах высокого качества.

Технические преимущества метилового эфира в основном заключаются в том, что они обеспечивают смазку топливной аппаратуры, которая ухудшается при удалении из дизельного топлива серы, и уменьшают выбросы твердых частиц с отработавшими газами. Недостатки метиловых эфиров следующие:

• они требуют особых мер предосторожности при низких температурах во избежание избыточного роста вязкости и потери текучести. Могут потребоваться топливные присадки для устранения этих проблем;
• так как эти эфиры гигроскопичны, особые меры предосторожности требуются для предотвращения повышенного содержания воды и последующего риска коррозии;
• возрастает склонность к образованию отложений, поэтому настоятельно рекомендуется обработка дизельного топлива моющими присадками;
• прокладки и композитные материалы в топливной системе подвергаются воздействию метиловых эфиров, если они не подобраны для этого топлива.

Учитывая технический эффект эфиров, их содержание ограничивается 5%. Применение эфиров в более высоких концентрациях требует адаптации двигателей к этому виду топлива.

Чистота топливной форсунки. Устойчивая работа двигателя зависит от качества работы топливной форсунки. В случае ее загрязнения будут иметь место повышенные шум, дым и выбросы.

Кончик топливной форсунки подвергается очень жестким воздействиям, так как он находится непосредственно в зоне сгорания, как в форкамерных двигателях, так и в двигателях прямого впрыска. Твердые продукты горения образуют отложения на кончике топливной форсунки, что значительно влияет на работу форсунки. В форкамерных двигателях продукты отложения частично блокируют бесперебойную подачу топлива при частичной нагрузке, и горение может стать более неустойчивым. Аналогично, в двигателях прямого впрыска частичная или полная закупорка одного из тонких распылительных отверстий нарушит распыление топливной струи и работу двигателя.

В случае форкамерных двигателей, закоксовывание неизбежно из-за типа используемой топливной форсунки, и при выборе форсунки необходимо учитывать это. Однако уровень закоксовывания зависит и от качества топлива. Топливные форсунки двигателей прямого впрыска изначально более устойчивы к закоксовыванию, но низкое качество топлива может, в конце концов, привести к закупорке распылительного отверстия.

Решение этой проблемы необходимо искать в использовании моющих присадок в топливе. Большие дозы этих присадок могут частично отмыть уже сильно закоксованную топливную форсунку, а меньшие дозы могут поддерживать приемлемый уровень чистоты форсунки. Многие дистрибьюторы горючего включают такие топливные присадки в товарное дизельное топливо. Чистота топливных форсунок станет еще более важной в недалеком будущем, так как системы впрыска высокого давления все в большей степени используются как в тяжелонагруженных, так и в слабонагруженных двигателях прямого впрыска.

Смазывающая способность. Насосы дизельного топлива, не имеющие внешних систем смазки, рассчитаны на смазывающие свойства самого дизельного топлива. Процессы очистки, проводимые для удаления серы из дизельного топлива, одновременно уменьшают количество компонентов топлива, которые обеспечивают естественную смазку. Недостаточная смазывающая способность может привести к повышенным выбросам с выхлопными газами, повышенному износу топливного насоса и, в некоторых случаях, аварийным поломкам.

Топливо дизельное ЕВРО

Дизельное топливо Евро ГОСТ – это разновидность солярки, выпускаемая нефтеперерабатывающими заводами по европейскому стандарту качества. Она исключает разделение на сезонные виды, сорта и марки, принятые в 1983 году. Согласно европейской стандартизации продукции такое топливо дифференцируется по следующим критериям:

• Классы: от 0 до 4;
• Сорта: A, B, C, D, E, F;
• Виды: I, II, III.

Каждая из указанных групп имеет свои подразделы, то есть, тот или иной сорт дизтоплива имеет свой вид. Такая классификация разработана для удобства поиска оптимального продукта на рынке. Условные обозначения каждого из видов указываются в сопроводительной документации. Расшифровываются они следующим образом:

• «Класс» является показателем температурного значения, при котором солярка начнет темнеть;
• «Вид» обозначает процент концентрации серы в общей массе;
• «Сорт» подразумевает градус фильтрации. Для каждой климатической зоны диапазон температур будет свой.

Для арктического климата – от -22°С до -44°С, для умеренного – от -5°С до-20°С.

Также выделяют дополнительные технические требования к Евро стандарту. Это показатели фракционного состава, кинематическая вязкость и смазывающая эффективность.

Улучшение дизельного топлива (присадки)

Если в силу определенных обстоятельств необходимо изменить химические свойства топлива, оптимальным решением будет использование специальных присадок. В отличие от тех же сепараторов и фильтров, они не очищают горючее, а путем добавления тех или иных веществ меняют его состав. Имея скудное представление об их особенностях, многие потребители покупают некачественный продукт, который может повлечь за собой даже поломку двигателя. Кроме того, нужно иметь в виду, что даже самые качественные присадки могут нести отрицательный эффект при условии их неправильного применения. Особенно это важно для зарубежных транспортных средств, которые отличаются особой чувствительностью к топливу, в составе которого имеются данные компоненты.

Проблема актуальна для отечественного рынка по причине самого механизма дополнения присадками. Та же солярка производится на нефтеперерабатывающих заводах страны, после чего она попадает на автозаправки. Современные технологии позволяют владельцам заправочных станций отслеживать состояние своего продукта и при необходимости его «усовершенствовать». Но поскольку это никак не контролируется государством, количество низкопробного топлива за последние годы резко увеличилось.

В топливе, которое в течение длительного времени находится в баке, начинают размножаться бактерии. Для борьбы с ними используются специальные присадки, убивающие их и не способствующие дальнейшему росту.

Для дизельного топлива с небольшой концентрацией серы применяют противоизносные присадки. Поскольку такой вид горючего характеризуется низким смазывающим свойством, его применение может оказать серьезный урон всем подвижным элементам двигателя. Они компенсируют низкий процент серы.

Для улучшения запуска двигателя и его общей эффективности применяются топливные разновидности присадок. Они отвечают за увеличение цетанового числа. К ним рационально прибегнуть в тех случаях, если продукт обладает большой смазывающей способностью.

Если солярка используется в регионах, в которых возможны постоянные минусовые температуры (до -40 градусов по Цельсию), то в таких случаях рационально добавить специальные депрессоры. Они понижают температуру, при которой горючее замерзает.

Смесь дизельного топлива и керосина

Дизельное топливо бывает нескольких видов. Так, летом механизмы работают на горючем марки Л - оно используется, когда температура окружающей атмосферы ноль или выше ноля градусов. Для более холодных условий применяется зимняя марка - З, которое допускает работу в холодных условиях при понижении окружающей среды до -20 градусов. Существует также специальное дизельное топливо, именуемое арктическим, оно позволяет работать механизму при суперхолодном режиме до -50 градусов.
В ситуациях, когда солярки нужной марки нет под рукой, можно применять разные заменители. В том числе заменять ее осветительным керосином или же использовать его в смесях с дизтопливом иных марок. Сколько конкретно нужно добавлять керосина в солярку, зависит от температурного режима, при котором происходит застывание. Расчет производится из 25 процентов добавки керосина на 8-12 градусов понижения.

При этом надо знать, что постоянно использовать заменители не рекомендуется, так как повышение жесткости работы двигателя, которое непременно происходит при замене, приводит к повышению износа самого двигателя.