Цетановое число дизельного топлива: что это и какое должно быть

Цетановое число дизельного топлива — это условная мера того, насколько легко топливо воспламеняется от сжатия: чем выше число, тем короче задержка между впрыском и вспышкой в цилиндре. Отдельной цифры для всего дизельного топлива нет, норму задаёт стандарт, по которому выпущена партия. ГОСТ 305-2013 требует не менее 45 для всех марок. ГОСТ 32511-2013 (топливо ЕВРО) требует не менее 51,0 для сортов умеренного климата, 49,0 для зимних классов 0 и 1, 48,0 для класса 2 и 47,0 для класса 3 и арктического класса 4. ГОСТ Р 55475-2013 на зимнее и арктическое топливо даёт 48,0 для марок З-32 и З-38 и 47,0 для арктических А-44, А-48 и А-52. Чтобы проверить партию, найдите в паспорте качества строку «цетановое число» и сравните её с нормой своего стандарта и класса.

Что показывает цетановое число

Шкалу задают два эталонных углеводорода. Н-цетану (гексадекану), который воспламеняется от сжатия очень легко, присвоено 100. Нижнюю точку задаёт вещество, которое самовоспламенению сопротивляется. Испытуемое топливо сжигают на одноцилиндровом моторе и подбирают эталонную смесь, которая даёт такую же задержку воспламенения. Цетановое число топлива равно содержанию цетана в этой смеси.

Число говорит о времени, а не о количестве энергии. Топливо с цетановым числом 55 вспыхивает раньше топлива с числом 47, но тепла с литра даёт столько же. У товарного дизельного топлива с низким содержанием серы значение обычно лежит в пределах 40–55: такой диапазон приводит справочная таблица Alternative Fuels Data Center Министерства энергетики США. Для биодизеля там указано 45–65. Почему у солярки вместо октановой шкалы цетановая и почему эти шкалы направлены в разные стороны, разобрано в статье октановое число солярки.

Нормы по трём стандартам

На дизельное топливо в России действуют три стандарта, и нормы в них разные. Ошибка чаще всего одна: летнюю цифру 51 переносят на зимнюю солярку.

Источники значений: ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия», ГОСТ 32511-2013 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия» и ГОСТ Р 55475-2013 «Топливо дизельное зимнее и арктическое депарафинированное».

Зимние и арктические нормы ниже летних по понятной причине. Для фильтруемости при минус 38 или минус 44 °C из топлива убирают тяжёлые парафины, а они как раз лучше всего воспламеняются от сжатия. Поэтому паспорт зимней партии с цифрой 47,0 или 48,0 соответствует стандарту, если класс указан правильно. Как ведут себя присадки, которые улучшают текучесть на морозе, рассказано в материале антигель для дизельного топлива.

Как измеряют: моторный метод, камера сгорания и расчёт

Основной способ остаётся моторным: топливо сжигают на стандартной одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия и сравнивают с эталонными смесями. Кроме того, стандарты допускают определение задержки воспламенения в камере сгорания постоянного объёма по EN 15195, где цетановое число получают пересчётом. Набор методов в каждом стандарте свой.

Метод, которым получено число, указывают в паспорте качества рядом со значением. Если поставщик и покупатель расходятся в оценке, ГОСТ 32511-2013 (п. 10.2) велит применять метод, который в таблице требований стоит первым. Для цетанового числа это ГОСТ 32508 на установке CFR. Значит, спорную партию топлива ЕВРО перепроверяют моторным методом, а не расчётом и не прибором другого типа. Совпадение или расхождение двух результатов в таком споре оценивают по прецизионности этого метода, а не по разнице «на глаз».

Цетановое число и цетановый индекс

В паспорте топлива ЕВРО обычно две строки: число и индекс. Цетановое число получают испытанием, оно реагирует на всё, что есть в топливе, включая присадки. Цетановый индекс вычисляют по плотности и температурам разгонки, то есть по составу базового топлива.

Это различие и делает индекс полезным. Цетаноповышающая присадка, чаще всего это 2-этилгексилнитрат, поднимает измеренное число, но не меняет ни плотность, ни фракционный состав. Если в паспорте число в норме, а индекс у нижней границы, значит, число подтянуто присадкой, а основа слабая. Поэтому ГОСТ 32511-2013 и ГОСТ Р 55475-2013 нормируют оба показателя одновременно, а ГОСТ 305-2013 ограничивается одним числом.

Что бывает с двигателем при низком цетановом числе

Чем ниже число, тем дольше задержка воспламенения. Последствия выстраиваются цепочкой:

1. Труднее холодный пуск. На непрогретом моторе сжатый воздух теряет часть тепла на холодных стенках, и длинной задержке не хватает температуры. Двигатель проворачивается несколько циклов, прежде чем схватить.
2. Жёстче работа. Пока топливо ждёт вспышки, форсунка продолжает подачу. В момент воспламенения в камере уже накоплена большая порция, она сгорает почти разом, и давление растёт резко. Это слышно как стук и нагружает поршневую группу.
3. Больше несгоревшего. Вспышка смещается позже, часть топлива догорает на такте расширения, когда температура уже падает. На прогреве это видно как дым. Какие ещё причины дают чёрный выхлоп и что проверять до того, как грешить на топливо, разобрано в статье чёрный дым из выхлопной трубы дизеля.
4. Отложения. Недогоревший углерод оседает на распылителях, донце поршня, в контуре рециркуляции и в сажевом фильтре. Закоксованный распылитель хуже дробит топливо, и круг замыкается. Механизм подробно описан в материале нагар в дизельном двигателе.

Эти признаки не уникальны. Жёсткий пуск и дым дают и изношенные форсунки, и слабая компрессия, и неисправные свечи накаливания. Поэтому по поведению мотора низкое цетановое число можно заподозрить, но подтверждает его только паспорт партии или лабораторное испытание.

Цетан-корректоры: где помогают

Цетан-корректор представляет собой присадку, которая сокращает задержку воспламенения и поднимает измеренное цетановое число. Его польза видна там, где задержка действительно мешает: на холодном пуске и на прогреве, особенно с зимним топливом, у которого норма и так ниже летней.

Ограничения у присадки тоже есть. Теплоты сгорания она не добавляет, плотность и фракционный состав топлива не меняет, а значит, цетановый индекс остаётся прежним. Изношенную форсунку или потерю компрессии она не исправит. Дозировку берут с упаковки конкретного продукта: передозировка ускоряет воспламенение сверх нужного, а пользы сверх нормы не даёт. Что из бакового ассортимента на что влияет, разобрано в статье очиститель форсунок для дизеля в бак.

Частые вопросы

Какое цетановое число должно быть у дизельного топлива? Зависит от стандарта и класса. По ГОСТ 305-2013 не менее 45 для всех марок. По ГОСТ 32511-2013 не менее 51,0 для сортов A–F, 49,0 для классов 0 и 1, 48,0 для класса 2 и 47,0 для классов 3 и 4. По ГОСТ Р 55475-2013 48,0 для зимних марок и 47,0 для арктических.

Чем цетановое число отличается от цетанового индекса? Число измеряют испытанием, и оно учитывает присадки. Индекс рассчитывают по плотности и разгонке, присадки на него не влияют. Если число в норме, а индекс низкий, базовое топливо слабое, а число поднято присадкой.

Каким методом измеряют цетановое число? Основной метод моторный, на установке CFR: по ГОСТ 32508 для ГОСТ 32511-2013 и ГОСТ 305-2013, по ГОСТ Р 52709 для ГОСТ Р 55475-2013. Стандарты допускают и другие методы, в том числе EN ISO 5165 и EN 15195, а ГОСТ 305-2013 и ГОСТ Р 55475-2013 ещё и ГОСТ 3122. Если по топливу ЕВРО возник спор, ГОСТ 32511-2013 требует использовать метод, указанный в таблице первым, то есть ГОСТ 32508.

Почему у зимней солярки цетановое число ниже? Для работы на морозе из топлива удаляют тяжёлые парафины, а они лучше всего воспламеняются от сжатия. Стандарты это учитывают и задают зимним и арктическим классам отдельные нормы: 47–49 вместо летних 51.

Нужен ли цетан-корректор при нормальном топливе? Если паспортное число соответствует классу, а двигатель заводится и работает ровно, присадка ничего заметного не даст. Смысл она имеет при трудном холодном пуске на топливе у нижней границы нормы.

Что делать дальше

Начните с паспорта качества: строку «цетановое число» сверяют с нормой своего стандарта и класса, обозначение которого стоит в маркировке вида ДТ-З-К5. Строка цетанового индекса покажет, насколько число держится на основе, а не на присадке. Стоит посмотреть и плотность дизельного топлива: резкое отклонение от нормы тоже повод задать поставщику вопросы.

Цетановое число задаёт только начало горения. Как топливо догорит дальше, зависит от распыла и чистоты камеры сгорания. Здесь работает водородный генератор ВГА: бортовой электролизёр разлагает воду, смесь водорода и кислорода через баблер уходит во впускной коллектор работающего двигателя и в системе не накапливается. По заявлению завода-изготовителя, углеродистые отложения в камере сгорания окисляются. Особенности установки на дизель описаны в статье водородный генератор на дизель.

Модель подбирают по рабочему объёму: VGA-120 на двигатели от 2 до 6,5 литра, VGA-240 от 6,5 литра. Обслуживание сводится к доливу дистиллированной воды (1 литр на 5000 км на легковых, 2 литра на грузовых) и замене раствора каждые 25 000–30 000 км. Характеристики собраны в карточках моделей, расчёт под вашу технику на странице стоимости.