Топливо "Секреты дизельного топлива


(№8 за 2010 г.)
Владимир ШЛЯХОВОЙ

Сера

Дизельное топливо характеризуется целым рядом достаточно важных параметров и один из основных среди них – содержание серы. Теоретически наличие серы улучшает смазывающие свойства топлива, но это просто ничто по сравнению с теми проблемами, которые возникают при ее сгорании во время работы двигателя. Образующиеся окислы серы вступают в реакцию с парами воды с образованием серной и сернистой кислот, которые в том или ином количестве обязательно попадают в систему смазки двигателя. Но, кроме того, о каких «Евро» можно говорить, если из выхлопной трубы валят пары серной кислоты? Да и системы нейтрализации выхлопных газов, и сажевые фильтры при использовании сернистого топлива быстро выходят из строя. Поэтому одновременно с ростом требований к чистоте выхлопных газов закономерно растут и требования к качеству топлива. В том числе и к содержанию в нем серы.

Например, в соответствии с действующими стандартами должен обязательно указываться вид топлива в зависимости от содержания в нем серы. В России с 2005 г. действует стандарт «ГОСТ Р 52368-2005 (ЕN 590:2004). Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия», а в Украине с 1 января 2008 г. вступил в силу аналогичный стандарт ДСТУ 4840:2007 «Топливо дизельное улучшенного качества. Технические условия», соответствующий тому же стандарту EN 590:2004. Впрочем, и ДСТУ 3858-99 «Топливо дизельное. Технические условия», сменивший в Украине с 1.09.1999 г. ГОСТ 305-82, до сих пор так и не отменен, он будет действовать наряду с ДСТУ 4840:2007 до конца 2010 г.


Таблица 1. Цетановое число и предельное содержание серы в дизтопливах разного вида, мг/кг, в зависимости от стандарта

 Характеристика

 ДСТУ 3868-99

 ГОСТ Р 52368-2005

 ДСТУ 4840:2007

 Цетановое число

 45

 51

 51

 Вид І

 500

 350

 10

 Вид ІІ

 1000

 50

 50

 Вид ІІІ

 2000

 10*

 -

 Вид ІV

 5000

 -

 -

*Топливо с содержанием серы не более 10 мг/кг в сопроводительных документах допускается обозначать как «не содержащее серы».


Таблица. 2 Цетановое число и предельное содержание серы в дизтопливах различных экологических норм и стандартов

 Нормы

 Цетановое число

 Сера, мг/кг

 ГОСТ 305-82

 45

 2000 - 5000

 ДСТУ 3868-99**

 45

 500 - 5000

 ГОСТ Р 52368-2005*

 47-51

 10 - 350

 EN 590 (до 1.01.2005)

 51

 10 - 350

 Евро-2

 49

 350

 Евро-3

 49

 150

 ДСТУ 4840:2007**

 51

 10 - 50

 EN 590 (с 1.01.2005)

 51

 10 - 50

 Евро-4

 51

 50

 Евро-5

 51

 10

 *Стандарт, действующий в России.

**Стандарты, действующие в Украине.


Таким образом, в Украине сейчас можно с одинаковым успехом заправиться как дизтопливом уровня Евро-5, содержащим серу в количестве 10 мг/кг, так и «советской» соляркой, в которой концентрация серы в 500 (!) раз больше.


Морозостойкость

Пожалуй, вторым по важности параметром дизельного топлива является его морозостойкость, которая обратно пропорциональна количеству находящихся в нем парафинов. При понижении температуры парафины имеют свойство выкристаллизовываться, в результате чего дизтопливо сначала мутнеет, потом превращается в «кисель», а затем и вовсе застывает. Поэтому неотъемлемыми характеристиками дизельного топлива являются такие его параметры, как температура помутнения и предельная температура фильтруемости, которые специфичны для каждого вида дизтоплива и отстоят одна от другой примерно на 10 ºС.

В то же время оба вышеназванных параметра являются достаточно условными, и поэтому не стоит думать, что можно безболезненно использовать помутневшее топливо. Особенно если топливные фильтры не имеют подогрева. Ведь в этом случае их фильтрующие элементы очень быстро наглухо забьются парафином, который уже ничем не удалить. О том, что в подобном случае дальнейшая работа двигателя в принципе невозможна, мы умолчим. А для решения проблемы придется менять весьма недешевые фильтрующие элементы.

Причиной помутнения дизтоплива является появление групп ориентированных молекул парафинов, которые становятся центрами образования кристаллов. При этом минимально допустимая температура использования дизельного топлива, при которой обеспечивается его нормальная прокачиваемость по топливной системе через фильтрующие элементы, как минимум на 2 ºС превышает температуру его помутнения.

Что же касается такого понятия, как «предельная температура фильтруемости дизельного топлива», то оно означает тот предел, при котором охлажденное дизтопливо способно проходить через стандартный фильтрующий элемент с определенной скоростью. Данный показатель используется только для определения возможности запуска двигателя. Но если в этом случае использовать не подогреваемые топливные фильтры, они сразу же будут заблокированы парафином.

К этому можно добавить, что нормируется и такой параметр, как «температура застывания дизельного топлива», причиной которого является сращивание кристаллов углеводородов между собой в жесткую кристаллическую решетку. Температура застывания определяет возможность транспортирования, заправки, слива и налива дизельного топлива в резервуары и не имеет никакого практического значения для определения возможности запуска двигателя или его работы.

А чтобы можно было легко определить, в каких температурных диапазонах можно использовать то или иное дизельное топливо, по требованиям стандартов в его условном обозначении должен указываться сорт (в зависимости от значений предельной температуры фильтруемости, или класс), определяемый как температурой фильтруемости, так и температурой помутнения.

При этом сортность устанавливают для топлива, предназначенного для использования в зонах с умеренным климатом, а классность – для арктических зон.


Таблица 3. Требования к низкотемпературным свойствам дизельного топлива (ГОСТ Р 52368-2005)

 Наименование показателя

 Сорт

 Класс

 

 A

 B

 C

 D

 E

 F

 0

 1

 2

 3

 4

 Предельная температура фильтруемости, ºС, не выше

 5

 0

 -5

 -10

 -15

 -20

 -20

 -26

 -32

 -38

 -44

 Температура помутнения, ºС, не выше

 н/н

 н/н

 н/н

 н/н

 н/н

 н/н

 -10

 -16

 -22

 -28

 -34

 Цетановое число, не менее

 н/н

 н/н

 н/н

 н/н

 н/н

 н/н

 49,0

 49,0

 48,0

 47,0

 47,0

 *Н/н – не нормируется.


В то же время украинский ДСТУ 4840:2007 предусматривает те же шесть сортов (A-F), но только два класса (0-1) дизтоплива, что и ГОСТ Р 52368-2005, регламентирует меньшее содержание серы и более высокое цетановое число (не менее 51). Тогда как ДСТУ 3868-99, который будет действовать в Украине до 01.01.2011 г., предусматривает только две марки дизтоплива: Л – летнее и З – зимнее.


Таблица 4. Требования ДСТУ 3868-99 к низкотемпературным свойствам дизельного топлива

 Наименование показателя

 Норма для марки

 

 Л

 З

Температура застывания, °С, не выше:

 -10

 -25

 Предельная температура фильтруемости, °С, не выше

 -5

 -15

  Цетановое число, не менее

 45

 45

 

В связи с этим дизтопливо может маркироваться следующим образом:

– «Топливо дизельное ЕВРО по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2004), сорт А, вид I»;

– «Топливо дизельное повышенного качества (Евро) класса 1, вида II в соответствии с ДСТУ 4840:2007».

Одним словом, разобраться во всем этом многообразии сортов, классов и видов дизтоплива достаточно непросто. Теоретически в качестве заменителя зимнего и арктического дизтоплива для дизельных двигателей можно использовать керосин. Но практически этого делать нельзя, поскольку керосин имеет два существенных недостатка. Во-первых, его цетановое число около 40, чего для нормальной работы двигателя слишком мало. А во-вторых, керосин в отличие от солярки не имеет смазывающих свойств, поэтому все трущиеся детали в топливной системе (ТНВД, плунжерные пары и т. д.) быстро придут в негодность.

Подобное допускается только в исключительных случаях и только как временное средство, прежде всего на старых двигателях с механическим ТНВД. Но и в этом случае необходимо ввести противоизносные и цетаноповышающие присадки. Считается, что без ущерба для двигателя можно добавлять до 20 % керосина в летнее дизтопливо для снижения температуры его застывания. Но это тоже следует рассматривать только как крайнюю меру, недопустимую на современных двигателях с высоким давлением впрыска.


Цетановое число

Важным показателем для дизтоплива является и цетановое число (ЦЧ), которое характеризует скорость воспламеняемости топлива – от момента его впрыска в цилиндр до начала горения (период задержки самовоспламенения). И чем выше ЦЧ, тем быстрее дизтопливо воспламеняется.

Численное значение ЦЧ равно процентному содержанию цетана (С16Н34, ЦЧ которого принимается за 100) в его смеси с α-метилнафталином (его цетановое число равно 0), воспламеняемость которой эквивалентна испытуемому дизтопливу. При этом ЦЧ определяется испытанием на моторной установке.

При цетановом числе менее 40 благодаря большому периоду задержки самовоспламенения топливо в цилиндре успевает хорошо прогреться, поэтому воспламенение носит взрывной характер, давление в цилиндре резко возрастает, что приводит к стукам в двигателе. Такую работу дизеля называют жесткой, поскольку она вызывает ударные нагрузки на поршень и подшипники коленвала, что приводит к их ускоренному износу.

Чем выше цетановое число, меньше задержка воспламенения, плавнее горит топливная смесь, тем мягче работает двигатель и экологичнее выхлоп. Но хорошо это до определенных пределов. Дизтопливо с ЦЧ выше 55, имеющее малый период задержки самовоспламенения, поступив в цилиндр, не успевает хорошо прогреться, поэтому давление в цилиндре нарастает равномерно и двигатель работает мягко. Однако при этом ухудшается процесс смесеобразования, поскольку горючее не успевает хорошо перемешаться с воздухом, что приводит к неполному сгоранию топлива, падению мощности и экономичности двигателя, повышению дымности отработавших газов. Кроме того, дизтопливо с высоким ЦЧ и стоит существенно дороже. Поэтому в отличие от октанового числа, которое чем больше – тем лучше, цетановое число имеет свой рабочий диапазон в 40 - 55 единиц, оптимум которого составляет 51 - 53 единицы.

При этом стандартное дизтопливо характеризуется цетановым числом 40 - 45, а топливо высшего качества имеет цетановое число 51 - 55. Согласно современным стандартам ЦЧ летнего и зимнего дизтоплива должно быть не менее 49 единиц. (Согласно стандарту ЕN 590:2004 ЦЧ должно быть не менее 51, а цетановый индекс (то же самое, но определяемое расчетным путем) – не менее 46.)

К этому можно добавить, что цетановое число косвенно свидетельствует и о низкотемпературных характеристиках топлива – чем оно меньше, тем ниже температура застывания. Поэтому летние и зимние дизтоплива обычно имеют разные ЦЧ, а у арктического дизтоплива оно и вовсе находится на грани жесткой работы двигателя. Но здесь мягкой работой дизеля зачастую сознательно жертвуют ради обеспечения его нормального пуска и прокачиваемости топлива через фильтры в сильные морозы. В то же время дизтопливо высокого качества более легкое, содержит больше легковоспламеняющихся легких фракций и поэтому более пригодно для запуска двигателя в холодную погоду. Кроме того, отношение водорода к углероду в легких фракциях выше, потому при сгорании такого дизельного топлива образуется меньше дыма.


Коксуемость, зольность и другие…

К числу других нормируемых параметров дизтоплива относится его коксуемость, способствующая образованию отложений в камере сгорания и на поршневых кольцах, и зольность, определяющая несгораемый остаток горючего. Так, коксуемость десятипроцентного остатка, остающегося после отгонки летучих фракций дизтоплива, должна укладываться в 0,3 %, а зольность не должна превышать 0,01 %, тогда как по прежним стандартам эта величина была в десять раз больше.

Что же касается различных присадок, то они обычно промышленным способом добавляются только в специальные сорта дизтоплива, прежде всего в арктическое. Хотя иногда производители выбрасывают на рынок и особые сорта горючего.

В их число входит, например, Shell V-Power Diesel.


Впервые это топливо было представлено в Италии в 2002 г. А сейчас оно появилось и в Украине. При этом ни российские, ни белорусские водители пока заправиться подобным горючим не могут, несмотря на то, что Shell пришла в Россию намного раньше, чем в Украину. В Беларуси же и вовсе нет заправок Shell.

Новое топливо производится на базе «Евродизеля», соответствующего стандартам Евро-4 (вид II), с добавлением специальной моющей присадки NEMO 2010. При этом, как декларирует производитель, состав Shell V-Power Diesel способствует удалению существующего нагара и препятствует образованию новых отложений в камере сгорания двигателя, что способствует продлению его ресурса, стабильной мощности и улучшению экологических параметров. Данное топливо содержит не более 0,05 % (50 мг/кг) серы, но и стоит оно как АИ-95.

По заверениям представителей компании Shell, пробега в 2400 км на топливе Shell V-Power Diesel вполне достаточно для практически полной очистки камеры сгорания и инжектора. Естественно, преимущества данного топлива в наибольшей степени могут проявиться при использовании на автомобилях с пробегом, тогда как на новых автомобилях разница будет незаметной.