Показатели дизельного топлива

Что написано в паспорте дизельного топлива и что будет с двигателем, если число не в норме? Двигай цетановое число, плотность, вязкость, серу, воду и другие показатели и смотри, где заболит: в баке, в ТНВД, в цилиндре или в выхлопе.

01 Что это такое

Паспорт дизельного топлива это список из полутора десятков чисел. Каждое число отвечает за свой узел двигателя: за пуск, за насос, за форсунку или за выхлоп.

С каждой партией топлива приходит паспорт качества. Цетановое число говорит, как быстро топливо загорается в горячем сжатом воздухе. Плотность говорит, сколько энергии в литре: насос отмеряет топливо литрами, а не килограммами. Вязкость нужна насосу высокого давления: топливо само смазывает его плунжеры. Слишком жидкое топливо не держит пленку, слишком густое плохо распыляется. Фракционный состав показывает, нет ли в топливе тяжелого хвоста, который дает сажу. Температура вспышки отвечает за пожарную безопасность. Сера, вода и зола портят металл и нейтрализатор. Нормы для всех чисел записаны в ГОСТ 32511 (он совпадает с европейским EN 590), а в Кыргызстане, Казахстане и России топливо проверяют по техрегламенту ЕАЭС ТР ТС 013/2011.

Каждый показатель паспорта бьет по своему узлу. Плохое цетановое число слышно сразу по стуку, а низкая смазывающая способность проявится через тысячи часов износом насоса.

ЦЧ: Цетановое число. Мера того, как быстро топливо воспламеняется. Его меряют на моторной установке, сравнивая с эталоном (ISO 5165). Подробно о самой шкале в химии, в теме «Топливо и горение».
ν: Кинематическая вязкость при 40 °C. Насколько топливо текучее, в мм²/с. Для летнего топлива 2,0–4,5, у арктического нижняя граница ниже: 1,2–1,5.
HFRR: Смазывающая способность. Шарик трут о пластину в топливе и меряют пятно износа. Чем меньше пятно, тем лучше топливо смазывает насос. Предел 460 мкм.

02 Опыт

Испорть один показатель. Посмотри, где болит. ПАСПОРТ ТОПЛИВА

ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Что будет с двигателем, если показатель не в норме?

Рис. 15.1

ГОТОВЫЕ СЛУЧАИ

Показателей вне нормы

Мощность от базы

Износ ТНВД

03 Формулы по буквам

Задержка, энергия в литре и проверка паспорта

Цетановое число входит в формулу задержки воспламенения, плотность в энергию на литр, а все показатели вместе решают, примут ли партию. Числа берутся из опыта.

Сколько топливо ждет, прежде чем вспыхнуть?

τ = A · e^B
A = 0,36 + 0,22 · S_п
B = E_A · (1/RT − 1/17190) + (21,2 / (p − 12,4))^0,63
E_A = 618 840 / (ЦЧ + 25)

Формула Харденберга и Хазе. Чем ниже цетановое число, тем больше энергия активации E_A и тем дольше задержка. Холодный воздух (малое T) и низкое давление сжатия делают ее еще длиннее.

τ: задержка воспламенения, градусы поворота коленвала; в миллисекунды τ_мс = τ / (6 · n) · 1000
S_п: средняя скорость поршня, м/с
E_A: кажущаяся энергия активации, Дж/моль
R, T: газовая постоянная 8,314 Дж/(моль·К) и температура воздуха в конце сжатия, К
p: давление в конце сжатия, бар; n частота вращения, об/мин

Почему плотность меняет мощность?

Q = V · ρ · H_u

ТНВД и форсунка отмеряют объем. В литре плотного топлива больше килограммов, а теплота сгорания на килограмм у дизельного топлива почти одна и та же. Значит, легкое топливо дает меньше энергии за впрыск.

Q: энергия в отмеренной порции, МДж
V: объем топлива, л
ρ: плотность, кг/л (835 кг/м³ = 0,835 кг/л)
H_u: низшая теплота сгорания, МДж/кг, около 43. Подробно в химии, тема «Теплота сгорания топлив»

Принимать ли партию?

все показатели в норме → годно

Правило простое: если хоть один показатель паспорта выходит за норму стандарта, партия не соответствует. Исключение одно: цетановое число можно поднять присадкой, а цетановый индекс присадка не меняет, поэтому нормируют оба.

ЦЧ ≥ 51: цетановое число; цетановый индекс ≥ 46
ρ, ν: 820–845 кг/м³; 2,0–4,5 мм²/с при 40 °C
T95 ≤ 360: °C; вспышка выше 55 °C
S ≤ 10: мг/кг; HFRR ≤ 460 мкм; вода ≤ 200 мг/кг; зола ≤ 0,01 %; кокс ≤ 0,30 %

Откуда берутся цетановое число и цетановый индекс

Цетановое число меряют на специальном одноцилиндровом моторе. Испытуемое топливо сравнивают со смесью двух эталонов: цетан (н-гексадекан) воспламеняется очень легко, ему ставят 100, а гептаметилнонан воспламеняется трудно, ему ставят 15. Подбирают смесь с той же задержкой воспламенения. Если подошла смесь с цетановым числом 52, у топлива ЦЧ 52.

Моторный опыт долгий и дорогой, поэтому есть цетановый индекс. Его не меряют, а считают по формуле из плотности и трех точек перегонки: при каких температурах выкипает 10, 50 и 90 % топлива (ISO 4264). Индекс описывает само топливо. Если цетановое число намного выше индекса, значит, его подняли присадкой (2-этилгексилнитрат). Это законно, но присадка не исправит тяжелый состав, поэтому норма есть на оба числа.

Остальные показатели меряют по своим методам: вязкость по ISO 3104, вспышку в закрытом тигле Пенски-Мартенса по ISO 2719, воду титрованием Карла Фишера по ISO 12937, смазывающую способность на машине HFRR по ISO 12156-1.

Шкала задана двумя эталонами. Хорошее дизельное топливо стоит чуть правее середины.

04 Где и зачем это применяют

Паспорт проверяют до того, как топливо попадет в бак

Приемка на складе ГСМ
Партию из цистерны сверяют с паспортом и берут пробу. Плотность и вспышку можно проверить на месте за полчаса: если вспышка низкая, в топливо попал бензин, и его не сливают в общую емкость.
Насосы и форсунки Common Rail
Зазор между плунжером и втулкой ТНВД несколько микрометров. Топливо с плохой смазывающей способностью или с водой изнашивает пару, давление в рампе падает, и двигатель теряет мощность. Устройство системы в теме «Топливная система Common Rail».
Нейтрализаторы двигателей Tier 4
Фильтр сажи и SCR рассчитаны на топливо К5 с серой до 10 мг/кг. Топливо с серой в сотни мг/кг отравляет катализатор и забивает фильтр сульфатной золой.
Анализ масла
Высокая сера в топливе видна по быстрому падению щелочного числа масла, топливо в масле по падению вязкости. Это повод проверить и топливо, и форсунки.
Пуск и работа на морозе
Низкое цетановое число хуже всего проявляется на холодном двигателе: долгий пуск и белый дым. Как готовят двигатель к морозу, разобрано в теме «Холодный пуск при −40 °C».
Свой дизель-генератор или трактор
Печное или судовое топливо дешевле, но быстро губит насос и форсунки. Марку топлива для двигателя указывает его производитель, и на нее стоит смотреть, а не на цену.

Допущения модели+

Нормы взяты для летнего топлива умеренного климата по ГОСТ 32511-2013 (EN 590) с серой класса К5: цетановое число от 51, индекс от 46, плотность 820–845 кг/м³, вязкость 2,0–4,5 мм²/с, 95 % до 360 °C, вспышка выше 55 °C, сера до 10 мг/кг, HFRR до 460 мкм, вода до 200 мг/кг, зола до 0,01 %, коксуемость до 0,30 %. Для зимнего и арктического топлива нормы плотности, вязкости и цетанового числа мягче, это в теме «Летнее, зимнее и арктическое топливо». Задержка воспламенения посчитана по формуле Харденберга и Хазе для двух условных режимов: прогретый двигатель 1800 об/мин, 880 К и 84 бар в конце сжатия; холодный 800 об/мин, 720 К и 45 бар. Порог белого дыма задан условно. Мощность считается по энергии в литре с учетом небольших утечек при малой вязкости. Износ ТНВД, сажа и нагар показаны учебными индексами относительно нормального топлива: они передают направление и порядок, но не настоящие часы ресурса. Цетановый индекс в опыте задается отдельно, хотя на деле он вычисляется из плотности и перегонки. Высота над уровнем моря здесь не учтена, о ней тема «Высота и сгорание топлива».

Химия этой темы

Термины в словаре:Нагар и кокс Цетановое число Цетаноповышающая присадка Смазывающая способность

Еще в направлении «Инженерия»

Все темы направления «Инженерия» →