Октановое и цетановое число дизельного топлива¶
Цетановое число — основной показатель воспламеняемости дизельного топлива, характеризующий его способность к самовоспламенению в цилиндре двигателя. В отличие от бензина, для которого определяют октановое число, у дизельного топлива ключевым параметром является цетановое число, хотя в обиходе показатели часто смешивают. Цетановое число показывает содержание в топливе компонента с высокой самовоспламеняемостью — цетана (н-гексадекана, C₁₆H₃₄), которому условно присвоено значение 100, и компонента с низкой самовоспламеняемостью — α-метилнафталина, которому присвоено значение 15.
¶Почему у дизельного топлива нет октанового числа
Октановое число измеряется для бензинов и отражает их стойкость к детонации — самопроизвольному взрывному сгоранию рабочей смеси перед поджигом от свечи. В дизельном двигателе свечей зажигания нет: топливо впрыскивается в цилиндр под давлением в конце такта сжатия и воспламеняется самостоятельно от высокой температуры сжатого воздуха. Поэтому для дизельных топлив вместо стойкости к детонации оценивают противоположную характеристику — склонность к самовоспламенению, то есть цетановое число.
Тем не менее в ряде стандартов для дизельных топлив дополнительно определяют и октановое число, поскольку некоторые виды дизельного топлива могут применяться в универсальных (двухтопливных) двигателях. В частности, в стандарте ГОСТ 305-82 для зимнего и арктического дизельного топлива указано минимальное октановое число (по моторному методу) — 45. Для летнего дизельного топлива по этому стандарту октановое число не нормируется.
¶Цетановое число: нормируемые значения
Цетановое число летнего дизельного топлива в России по ГОСТ 305-82 составляет не менее 45. Зимнее и арктическое топливо также должно иметь цетановое число не менее 45. По европейскому стандарту EN 590, которому соответствует российское топливо класса «Евро-5», цетановое число составляет минимум 51, а фактически на российских НПЗ цетановое число премиального дизельного топлива достигает 52–55.
| Вид топлива | Цетановое число, не менее | Октановое число, не менее |
|---|---|---|
| Летнее (ГОСТ 305-82, классы Л-0,2 … Л-0,5) | 45 | не нормируется |
| Зимнее (ГОСТ 305-82, классы 3, 2, 1) | 45 | 45 (моторный метод) |
| Арктическое (ГОСТ 305-82, классы а, 0, 1, 2) | 45 | 45 (моторный метод) |
| ДТ Евро-5 (ГОСТ Р 52368-2005 / EN 590) | 51 | не нормируется |
¶Методы определения
Цетановое число измеряют на стандартной одноцилиндровой испытательной установке CFR ( Cooperative Fuel Research) с переменной степенью сжатия. Образец топлива и эталонные смеси цетана и α-метилнафталина сжимаются в цилиндре при заданной температуре и давлении; момент воспламенения фиксируется по давлению в цилиндре. Цетановое число определяют как процентное содержание цетана в эталонной смеси, дающей такой же период задержки воспламенения, как и испытуемое топливо.
Для определения цетанового числа также применяют физические методы — измерение цетанового индекса по плотности и температуре кипения (по формуле Тренда или Чатлера), однако этот метод даёт приблизительную оценку. В лабораторной практике используют и косвенные методы — измерение времени задержки воспламенения в форсунке или по критической температуре самовоспламенения.
¶Влияние на работу двигателя
Цетановое число напрямую влияет на период задержки воспламенения — интервал между впрыском топлива и началом его горения. При высоком цетановом числе задержка короче, топливо воспламеняется раньше, процесс сгорания протекает более плавно, снижается уровень шума и «дизельный стук». Слишком низкое цетановое число приводит к длительному накоплению топлива в цилиндре и его взрывному сгоранию, что вызывает детонацию, повышенный износ и рост токсичности.
Повысить цетановое число можно добавлением присадок — нитритов, пероксидов, нитратов, а также компонентов, полученных из синтез-газа. Наиболее распространённая присадка — 2-этилгексилнитрат (2-EHN), позволяющая поднять цетановое число на 3–8 единиц. Некоторые компоненты биодизеля (эфиры жирных кислот) также повышают цетановое число.
¶Связь с октановым числом
Между цетановым и октановым числами существует обратная зависимость: компоненты, повышающие октановое число (изопарафины, ароматические углеводороды), обычно снижают цетановое, и наоборот. Это объясняется тем, что стойкость к детонации (высокое октановое число) и склонность к самовоспламенению (высокое цетановое число) — противоположные свойства. Поэтому высокооктановый бензин плохо подходит для дизельных двигателей, а высокоцетановое дизельное топливо не может использоваться в бензиновых двигателях.
В двухтопливных двигателях, работающих на газе с дизельным поджигом, применяют топливо с повышенным цетановым числом (до 55 и выше), что обеспечивает стабильный поджиг газовоздушной смеси.
¶Историческая справка
Понятие цетанового числа введено в 1930-е годы исследовательскими лабораториями компаний Standard Oil и General Motors. Шкала цетанового числа была создана как зеркальное отражение шкалы октанового числа, предложенной в 1920-е годы. В СССР показатель стал нормироваться с появлением ГОСТ 305-82, заменившего более ранние стандарты на дизельное топливо.
Источники:
- ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное. Технические условия»
- ГОСТ Р 52368-2005 (EN 590) «Топливо дизельное. Европейские нормы»
- Классификация и свойства нефтепродуктов / под ред. В. М. Табакова
- Handbook of Petroleum Refining / J. G. Speight