Что такое цетановое число бензина
Октановое и цетановое число: в чем разница?
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?
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.
Цетановое число
Цетан используется для схожей шкалы оценки, только у дизельного топлива. Характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки горения рабочей смеси.
Что это значит? Это измерение временного промежутка, с того момента, когда топливо впрыскивается в цилиндр и когда это топливо начинает гореть. По науке – промежуток времени, проходящий от впрыска топлива в цилиндр до начала его воспламенения.
Высокое цетановое число дизельного топлива, будет являться измеренным показателем того, насколько топливо быстро воспламеняется после впрыска в цилиндры. И, наоборот, низкое цетановое число, означает, что для поджигания топлива потребуется некоторый временной промежуток.
Измеряется показатель цетана также по шкале углеводородов, крайний левый в которой будет 1-метилнафталин, (C11H10) – отображается 0, 100 – цетан (C16H34).
Преимущество ускоренного возгорания дизельного топлива заключается в том, что двигатель работающий на нем может развивать больше крутящего момента, задержка зажигания будет минимальной, скорость набора оборотов будет выше. Синхронизация работы фаз при помощи работы двигателя на высокоцетановом топливе может проводиться более точно, воспламеняя топливовоздушную смесь в тот момент, когда требуется развить максимальный крутящий момент.
Финальным плюсом высокого показателя цетана можно назвать низкие выбросы углеводородов в атмосферу, поскольку такое топливо сгорает полнее. Но, при этом, как показывают исследования, твердых частиц из выхлопной трубы выбрасывается больше, чем у дизельного топлива с низким показателем цетана.
Как бы то ни было, чем выше цетановое число, тем лучше, это показатель более качественного ДТ.
Надеемся теперь вопросов не возникнет.
Видео взято с YouTube-канала: «Engineering Explained»
Всё про октановое и цетановое числа
Октановое число – характеристика, отображающая, насколько эффективно топливо противостоит воспламенению при сжатии в цилиндрах. Фактически этот показатель описывает детонационную стойкость бензина: чем выше оно, тем меньше топливо склонно к детонации.
Если оно будет ниже нормативных показателей, нарушится ровная работа ДВС: вместо горения со скоростью до 60 м/с, топливо будет взрываться со скоростью до 2500 м/с. Это сопровождается неприятным звуком, снижением мощности, ускоренным износом двигателя.
Детонация связана с повышенным образованием гидропероксидов в бензиновых парах. Они окисляются кислородом, который содержится в воздухе, и происходит резкий энерговыброс.
Взрывной процесс представляет собой разветвленно-цепную реакцию. А чтобы повысить детонационную стойкость, используют один из двух методов:
Именно последний метод применяют на российских АЗС. Если улучшенный таким образом бензин не соответствуют техническим параметрам качества, после заправки на свечах образуется нагар.
Методика определения октанового числа
Еще в 30-х годах прошедшего столетия разработали специальную шкалу. По ней сравнивается детонационная стойкость исследуемого бензина и стандартной смеси. Как стандартные эталоны используют 2 вещества:
1) Гептан
Воздушная смесь, сочетаясь с парами гептана, способна быстро детонировать. Качество такого топлива – «нулевое».
2) Изооктан
Он представляет собой разветвленный углеводород с высокой устойчивостью к детонации. Его качество условно приравняют к максимальному – 100.
Для исследования готовят смесь изооктана с гептаном, характеристики которой такие же, как у тестируемого бензина. Далее просто определяют процентную долю изооктана в смеси.
Благодаря добавлению уникальных горючих жидкостей добиваются повышения ОЧ до более высокого уровня – свыше 100. В таких случаях руководствуются условной шкалой, где за основу взят изооктан с тетраэтилсвинцом.
Достаточно знать, сколько тетраэтилсвинца нужно добавить в изооктан для приготовления смеси, аналогичной тестируемому бензину, чтобы определить, каким будет ОЧ – 101, 102, 103 и т. д.
Разновидности
Для определения ОЧИ служит одноцилиндровая установка. Коленвал вращается с частотой 600 оборотов в минуту. Степень сжатия – переменная. Угол опережения зажигания – 13°. ОЧИ демонстрирует, как бензин поведет себя при малой или средней нагрузке.
Задействуют ту же одноцилиндровую установку. Но коленвал вращается уже с частотой 900 оборотов в минуту. А смесь всасывается при температуре большей на 97°С, нежели в первом случае. От ОЧМ зависит, как бензин будет вести себя при солидных нагрузках.
Для большинства инжекторных моторов оно должно варьироваться в пределах от 91 до 98. Так как многие российские АЗС продают низкосортное топливо под видом высокооктанового, есть смысл обезопасить себя.
Достаточно просто добавить в бензин присадку FuelEXx, чтобы увеличить октановый показатель на 3–5 единиц. Катализатор горения не изменит химического состава бензина, но преобразит молекулы углеводорода. В итоге смесь будет сгорать более полноценно. Благодаря этому экономия достигнет 10–15%, а крутящий момент возрастет до 10%.
Цетановое число дизтоплива
Является главной характеристикой воспламеняемости и сгорания дизтоплива в моторе. Чем оно выше, тем спокойнее и полноценней выгорает топливная смесь.
В численном выражении этот показатель сопоставим с объемной долей цетана в специально приготовленной смеси. Эта смесь состоит из гексадекана и α-метилнафталина с таким же периодом задержки, как и в тестируемом топливе.
Для стандартных моторов оптимальным считается дизтопливо, цетановое число которого варьируется от 40 до 55. Наиболее качественным признано дизтопливо с показателем от 51 до 55 ед. Премиальная солярка легче, в ней содержатся легковоспламеняющиеся фракции, которые способствуют быстрому запуску мотора при минусовых температурах. При её использовании заметно снижается дымность.
Цетановое число дизтоплива зависит от того, какие парафины, ароматики, олефины и нафтены входят в его состав. Для измерения используют стандартную силовую установку Waukesha либо ИДТ-90. Альтернативой может стать камера с постоянным объемом, тестирование этим методом, в отличие от первого, занимает не более 20 мин.
Эффективным способом повышения признан FuelEXx Diesel. Он увеличивает этот показатель на 3–5 единиц. Вместе с этим из топлива удаляется вода, происходит раскоксовка поршневых колец, очистка камеры сгорания. Это подтверждено стендовыми и дорожными испытаниями.
Что такое цетаноповышающая присадка?
Разберемся почему один из самых главных параметров качества дизельного топлива — цетановое число (ЦЧ). Узнаем какое же ЦЧ должно быть у топлива. И почему у зимнего топлива цетановое число должно быть выше, чем у летнего, а не наоборот как это установлено ГОСТом.
Многие знают, что такое ЦЧ. Поэтому, давайте сначала разберемся какое ЦЧ должно быть, а потом уже объясним — что это и чем опасно низкое ЦЧ.
Оригинал статьи читайте на сайте FuLu.club. Здесь информация может несколько устареть, не всегда успеваю обновлять на всех ресурсах
Смотрим интересный график из книги «Применение присадок в топливах. Справочник». Автор книги — Данилов А.М., доктор технических наук, ключевой сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института по переработке нефти (ВНИИ НП).
На графике чем выше значение по вертикали — тем хуже.
Не зря Worldwide Fuel Charter (Всемирная Топливная Хартия) рекомендует ЦЧ не менее 55 единиц, в независимости от сезона, погоды. (см. страницу 58).
Всемирная Топливная Хартия — бюллетень, содержащий рекомендации к топливам, их качеству, параметрам. Бюллетень выпускается комитетом Хартии, в состав которого входят все мировые производители автомобилей, двигателей (BMW, Volkswagen, Ford, Toyota, PSA и другие). Вот вам полный список комитета Хартии.
О серьезности, авторитетности Хартии сомневаться не приходится.
А теперь смотрим наш родной ГОСТ Р 32511-2013 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия»., он же — Европейский стандарт EN 590:2009.
ГОСТ требует цетановое число не менее 51 ед., а не 55 ед. как WFC. Смотрим дальше ГОСТ.
Как же так? Все мировые автопроизводители говорят «Заливайте, пожалуйста, в наши автомобили дизельное топливо с цетановым числом не менее 55 ед.», а ГОСТ установил минимально допустимое значение для зимнего дизельного топлива в 47 единиц. Хотя именно зимой труднее всего заводиться и работать двигателю. Почему опасно низкое цетановое число — читаем ниже.
Почему же автопроизводители рекомендуют 55 ед., а ГОСТ наоборот, как вредитель, допускает для зимы и 47 ед? Ответ на вопрос, думаю, прост — по сути, производители топлив (НПЗ) пролоббировали свои интересы и вписали в ГОСТ для зимней солярки ЦЧ равное 47 ед. А сделано было это потому, что получение качественного зимнего топлива — дело очень дорогое. Для понижения температуры фильтрации, при перегонке проще увеличить концентрацию легких (керосиновых) фракций в топливе. Керосин имеет низкую температуру замерзания минус 50 градусов Цельсия, но также имеет и низкое цетановое число в 35-40 ед. Поэтому, цетановое число такого зимнего топлива и будет ниже, чем у летнего. А на нас с вами — конечных потребителей и на наши машинки, движки — пофиг.
А теперь смотрим паспорта на ДТ.
Лукойл — цетановое число 48,4.
Почему при низком цетановом числе двигатель работает жестко?
Форсунки, в сжатый воздух камеры сгорания, распыляют топливо в виде микрокапель. Капли, при движении, трутся об атомы кислорода сжатого воздуха, нагреваются, накапливая энергию. При достижении критического значения энергии, капли взрываются, топливо-воздушная смесь воспламеняется. Для набора критической энергии нужно время. Вот это время и нормируется параметром «цетановое число» дизельного топлива. Чем выше ЦЧ топлива – тем меньше времени требуется на воспламенение топливовоздушной смеси (меньше период задержки воспламенения (ПЗВ)).
Далее, для понимания, упростим несколько процессы сгорания топливо-воздушной смеси. Разобьем струю впрыска топлива, допустим, на 5 частей. После того как в камеру сгорания со сжатым воздухом попала 1 часть струи, она должна воспламениться (микровзрыв) до влета в камеру 2 части и поршень должен начать движение вниз. Каждая часть струи воспламеняется с некоторой задержкой. Задержка должна быть такой, чтобы до подлета 2 части, 1 часть успела воспламениться. Т.е. имеем 5 последовательных микровзрывов, в результате которых давление в камере сгорания нарастает постепенно, плавно и поршень тоже плавно перемещается от верхней мертвой точки до нижней.
Принятое упрощение, можно сказать, сделано верно. Ведь форсунки в современных двигателях за такт делают сразу несколько впрысков. В самых современных двигателях количество впрысков, насколько помню, может достигать 9. Поправьте, если ошибся.
А раз топливо сгорело не полностью, да еще не так как нужно (не плавно, а резко разом) — получаем снижение мощности двигателя. Вам — водителю не хватает мощности, и вы еще сильнее давите на педаль газа, т.е. получаем еще и увеличение расхода топлива. А с выхлопной трубы — повышенную дымность, токсичность выхлопных газов.
Поэтому-то мы и имеем такую резко-наклоненную линию 1 на графике Рисунка 1 (см. выше). Чем ниже ЦЧ, тем сложнее двигателю запуститься и выйти на рабочий режим работы. И тем более ему это труднее сделать зимой, и чем ниже температура окружающего воздуха — тем хуже и хуже холодный пуск. Об этом нам говорит и Топливная Хартия:
Перевод:
Влияние Цетана на холодную пусковую способность
Увеличение цетанового числа приводит к уменьшению времени проворачивания коленчатого вала двигателя (времени до того, как двигатель достигнет выключения стартера) при заданной частоте вращения двигателя. Последующая программа ACEA EPEFE, в которой рассматривалось влияние качества дизельного топлива на выбросы тяжелых дизельных двигателей, продемонстрировала значительное (до 40%) сокращение времени работы кривошипа при увеличении цетанового числа с 50 до 58.Более короткий цикл проворачивания означает меньшее количество циклов с неполным или частичным сгоранием топлива во время работы кривошипно-шатунного механизма, что приводит к повышению стабильности горения и снижению шума, вибрации и жесткости (NVH).
Смотрим Рисунок 29 из книги Данилова.
При минус 22 градусов цельсия двигатель VW Golf с дизельным топливом с ЦЧ=47 ед. запускается за 2,5 секунд, а с ЦЧ= 44,1 ед. – 7,5 секунд.
С проблемой холодного пуска, с повышенной шумностью двигателя на холодную, стуками, вибрациями, думаю, сталкивались многие.
У зимнего топлива цетановое число должно быть как минимум такое же как у летнего, а в идеале — выше, чем у летнего!
Работу форсунок регулирует электроника. Электроника определяет какое количество впрысков нужно сделать и какую порцию топлива нужно подать при каждом впрыске. Чем быстрее топливо воспламеняется (чем выше ЦЧ), тем проще электронике регулировать работу форсунок, обеспечивая наиболее оптимальный режим работы двигателя.
Перевод:
В целом более высокое цетановое число позволяет улучшить контроль задержки воспламенения и стабильности горения, особенно на современных дизелях, использующих большое количество рециркуляции выхлопных газов (EGR). Высокое ЦЧ делает это, предоставляя место для калибраторов двигателя, чтобы адаптировать горение для наилучшего калибровочного компромисса между шумом горения, выбросами и расходом топлива во всем рабочем диапазоне двигателя. Присадки могут повышать уровень цетана в топливе;
Снижение шума иллюстрирует следующий график.
Чем ниже шум – тем плавнее, правильнее работает двигатель.
Что тогда делать?
Если хочешь, чтобы твой двигатель прослужил долго, без поломок, остается одно – необходимо увеличивать цетановое число до рекомендуемого Топливной Хартией значения – не менее 55 ед., добавляя цетаноповышающую присадку.
Цетаноповышающую присадку правильней называть — промотр воспламенения. Дело в том, что она не просто ускоряет воспламенение топливо-воздушной смеси (ТВС). Самый главный профит — микрокапли 2-этилгексилнитрата воспламеняются быстрее, чем углеводороды ТВС. После впрыска они, как тысячи спичек, поджигают ТВС во всем объеме. Этим и достигается улучшение воспламеняемости топлива, увеличение полноты сгорания топлива.
Итак, применение промотора воспламенения позволяет:
— увеличить полноту сгорания топлива;
— обеспечить оптимальный режим работы двигателя;
— повысить мощность двигателя;
— снизить расход топлива;
— уменьшить нагарообразование в камере сгорания и форсунках;
— снизить износ деталей цилиндро-поршневой группы;
— снизить шум и вибрации работы двигателя;
— облегчить холодный пуск в зимой;
— уменьшить токсичность выхлопных газов;
А вдруг я перелью присадку, чем опасно повышенное цетановое число?
Максимальное предельное значение цетанового числа ни ГОСТ Р 32511-2013, ни WFC — не регламентируют. Но выше 60 ед. повышать ЦЧ некоторые источники все же не рекомендуют [см. Глава 1].
Вернемся к нашей схеме работы впрыска дизельного топлива. В случае если задержка воспламенения будет слишком короткой (высокое ЦЧ), то молекулы 1 часть струи будут начинать гореть уже до того, как в камеру сгорания попадет вся порция струи. Поршень начнет свое движение вниз раньше. Образующие продукты сгорания будут затруднять доступ кислорода к еще влетающим молекулам. А молекулам 5 части вообще может не хватить времени на воспламенение, так как к этому моменту поршень будет уже слишком внизу, и давление, температура в камере упадут до значений, недостаточных для воспламенения молекул.
Имеем результат, как и при пониженном ЦЧ — несгоревшие молекулы, и молекулы которые начали гореть, но не успели, вылетают в трубу, а часть оседают на стенках двигателя в виде нагара, кокса.
Топливо сгорело не полностью — получаем снижение мощности двигателя. Плюс еще одну причину потери мощности смотрим ниже.
А вдруг у меня прогорят поршня?
Превышение ЦЧ даже выше 60 ед. не приведет к прогоранию поршней, как многие боятся. Наоборот. Мы уже выяснили выше: чем выше ЦЧ — тем легче воспламеняется топливо-воздушная смесь. Следовательно, воспламенение ТВС топлива с высоким ЦЧ будет происходить при более низких температурах, чем топлива с низким ЦЧ. На рисунке ниже смотрите график коэффициента тепловыделения двигателя в зависимости от цетанового числа топлива (см. страницу 64).
Красная линия — работа двигателя на топливе с ЦЧ = 43 ед., черная линия — с ЦЧ = 56 ед. Черная линия располагается ниже красной линии, т.е. двигатель греется меньше.
Поршня прогорают по другой причине — от коррозии, вызванной повышенным содержанием серы в некачественном дизельном топливе. При горении серосодержащих соединений образуется серная кислота, которая и разъедает металл стенок поршней и цилиндров.
Что за жижа такая — цетаноповышающая присадка?
В качестве промотора воспламенения во всем мире используют два класса соединений — это алкилнитраты и пероксиды. Каждые имеют свои плюсы и минусы.
В России официально, для производителей топлив (НПЗ), в качестве промотора воспламенения, разрешен к применению только 2-этилгексилнитрат.
У всех производителей/продавцов присадок, не важно оптовик это или розничный продавец, цетаноповышающая присадка — это именно 2-этилгексилнитрат.
Поэтому эффективность действия присадок от разных производителей/продавцов – одинаковая.
Поэтому, не стоит гнаться за красивыми брендовыми названиями иностранных, российских розничных продавцов.
В России 2-этилгексилнитрат производит, по сути, единственный завод — ФКП Завод имени Я.М. Свердлова в г. Дзержинске Нижегородской области. Покупая цетаноповышающую присадку от разных розничных продавцов вы покупаете вещество, произведенное на одном и том же заводе.
Список марок (брендов) цетаноповышающих присадок из книги Данилова:
Скриншоты с сайтов производителей/продавцов.
Если статья для Вас показалась интересной — ставьте сердечки! Поделитесь, пожалуйста, статьей с друзьями! Мне будет стимул писать еще.
.
Книга «Применение присадок в топливах. Справочник», Данилов А.М., доктор технических наук
Отечественные присадки к дизельным топливам, Научно-технический журнал «Мир нефтепродуктов», А.М. ДАНИЛОВ, д_р техн. наук (ОАО «ВНИИ НП»)
Эффективность цетаноповышающих присадок к дизельным топливам, Вестник технологического университета. 2016. Т.19, №11, З. Р. Закирова, Р. К. Ибрагимов, А. Н. Петрова, Д. А. Ибрагимова, А. А. Артыков
Механизм действия присадок, регулирующих процесс самовоспламенения топлив, Вестник Казанского технологического университета, Ибрагимова Д.А., Гадельшин Р.Р., Артыков А.А.
Отечественные присадки для ЕВРО-5. Опыт подбора и результаты испытания при производстве дизельного топлива, Журнал Нефтегаз, Г. В. Тараканов, О. Ю. Павлюковская, А. В. Мельниченко, О. В. Танаянц, А. Ф. Нурахмедова, Т. И. Сасина
Современные дизельные топлива и присадки к ним, Т.Н. Митусова, Е.В. Полина, М.В. Калинина, Издательство «Техника»
Многофункциональные пакеты присадок БАСФ к дизельным топливам для создания топливных брендов, Научно-технический журнал «Мир нефтепродуктов», Е.А. НИКИТИНА, канд. техн. наук (ОАО «ВНИИ НП»), Д.С. ПАВЛОВ, канд. техн. наук, И.А. ПОРТНЯГИН, канд. хим. наук, Н.Ю. ГРОМОВА, В.П. КАРАВАЙ, канд. хим. наук (ЗАО «БАСФ»).
.
Цикл статей на Драйве на тему промышленных присадок для дизельного топлива:
Как влияет октановое и цетановое число на работу двигателя
Чем отличается цетановое число дизельного топлива от октанового числа бензина
Разница между цетановым и октановым числом начинается уже с того, что первое определение применимо к дизельному топливу, а второе к бензину. Оба показателя, в первую очередь говорят о химическом составе.
Сырьё для дизельного топлива и для бензина — конечно же, одно, то есть нефть. Только вот в процессе её переработки и разделения на разные фракции, одни химические элементы уходят на производство бензина, а другие больше подходят для создания дизельного топлива.
Так и получается два вида нефтепродукта с совершенно разными химическими составами. Соответственно и определение их рабочих параметров происходит путём исследования разных химических элементов. В случае с дизелем — цетановое число, а в случае с бензином — октановое число. Исследуя эти числа, на производстве добиваются правильного состава топлива для дизельного и бензинового двигателя.
Определение цетанового и октанового числа
Показатель гексадекана (второе название цетана), не применим к определению качества бензина. И не только потому, что отсутствует в нём. Простым языком, цетановое число — это показатель скорости воспламеняемости. Бензин же исследуют на совершенно противоположный показатель — устойчивость к воспламеняемости.
Получается, что от дизеля добиваются того, чтобы он начал воспламеняться, а от бензина, наоборот, чтобы он был устойчив к возгоранию.
Научное определение обеих величин, ЦЧ и ОЧ, очень простое.
Цетановое число — число, которое определяет, сколько необходимо времени от попадания дизеля в цилиндр двигателя до начала горения. Чем оно выше, тем быстрее произойдёт преобразование топливной смеси в энергию.
Октановое число — число, которое определяет детонационную стойкость бензина. Чем оно выше, тем в более мощном двигателе можно будет применять топливо.
Как видно из определения, обе характеристики в принципе о разных вещах. И поэтому, октановое и цетановое число не имеет смысла сравнивать между собой.
Влияние цетанового числа на работу двигателя
От количества цетана или октана напрямую зависит работа двигателя и не только.
Если использовать дизельное топливо с характеристиками, которые рекомендовал автопроизводитель конкретной модели, то машина будет:
ехать со стабильной мощностью;
выбрасывать в атмосферу элементы горения на разрешённом уровне.
Соответственно, если заправиться дизелем с октановым числом, которое не подходит машине, то будет обратная реакция: медленный старт, потеря мощности и клубы чадящего дыма из выхлопной трубы. Не исключена и поломка узлов двигателя. Ведь дым — это уже видимый результат. Ему же сначала предшествует отложение копоти на внутренних механизмах мотора. И как итог — двигатель быстро выходит из строя.
Для современных автомобилей используется дизельное топливо с цетановым числом от 40 до 60 единиц. Это именно тот минимум и максимум, при котором транспортное средство будет работать по стандартам производителя.