Горит ли солярка: температура вспышки и почему её не поджечь спичкой

Солярка горит, но не от поднесённой спички. Горит не жидкость, а её пары, и чтобы над поверхностью набралась способная вспыхнуть смесь, топливо нужно сначала нагреть. Температура вспышки — это самая низкая температура, при которой паров над топливом уже хватает, чтобы они вспыхнули от поднесённого огня. По ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия» она нормирована для дизелей общего назначения не ниже 40 °C у марок Л и Е и не ниже 30 °C у марок З и А, а для тепловозных, судовых дизелей и газовых турбин не ниже 62 °C у Л и Е, 40 °C у З и 35 °C у А. Температура самовоспламенения — величина совсем другая: это температура, при которой топливо загорается вообще без источника огня, и тот же стандарт даёт 300 °C для марок Л и Е, 310 °C для марки З и 330 °C для марки А. Лужа при +20 °C столько пара не даёт, поэтому спичка в ней гаснет. В цилиндре дизеля солярка вспыхивает сама: воздух сжимается в 16–25 раз и работой сжатия разогревается выше этих трёхсот градусов.

Горит не жидкость, а пар

Пламя над любым жидким топливом — это горящая газовая смесь над поверхностью, а не горящая жидкость. Жидкость только поставляет в неё пар и забирает на испарение тепло. Отсюда и весь дальнейший разбор: вопрос «горит ли солярка» на самом деле сводится к вопросу, сколько пара она успевает дать при той температуре, при которой вы её видите.

Дизельное топливо — тяжёлая фракция. По таблице 1 ГОСТ 305-2013 50 % объёма перегоняется при температуре не выше 280 °C у марок Л, Е и З и не выше 255 °C у арктической марки А, а 95 % — не выше 360 °C у всех четырёх марок. Это значит, что при комнатных +20 °C над поверхностью испаряется очень немного: концентрация паров в воздухе остаётся ниже той, при которой пламя вообще способно распространяться.

Порог указан в самом стандарте. Раздел требований безопасности ГОСТ 305-2013 задаёт взрывоопасную концентрацию паров топлива в смеси с воздухом: от 2 % до 3 % по объёму. Ниже этой доли гореть нечему: молекул горючего в воздухе слишком мало, чтобы реакция поддерживала сама себя. Всё, что делает нагрев, это поднимает концентрацию до рабочего диапазона.

Именно поэтому у солярки и бензина настолько разное бытовое поведение при одинаковой комнатной температуре. Разница между ними не в том, что одно «горючее», а другое «негорючее», а в летучести: какая доля топлива успевает перейти в пар. Подробный разбор различий по составу и сгоранию есть в материале дизельное топливо и бензин: отличия.

Вспышка, воспламенение, самовоспламенение: три температуры из одного стандарта

В обсуждениях эти три величины постоянно смешивают в одну. В ГОСТ 305-2013 они разведены и пронумерованы, причём часть попала в таблицу технических требований, а часть — в раздел требований безопасности.

Что стоит за каждой строкой:

Температура вспышки определяется в закрытом тигле: пробу подогревают и периодически подносят к ней огонь, фиксируя момент, когда пары над поверхностью вспыхнут. Вспышка кратковременная, это ещё не устойчивое горение, а только доказательство того, что пара набралось достаточно.

Температурные пределы воспламенения — это коридор, внутри которого насыщенный пар над топливом даёт смесь, способную распространять пламя. Ниже нижнего предела смесь слишком бедная, выше верхнего — слишком богатая, кислорода в ней уже не хватает. Для летней марки Л этот коридор составляет от 69 до 119 °C.

Температура самовоспламенения к источнику огня отношения не имеет вовсе. Это температура, при которой топливо загорается от одного нагрева среды. На ней и построен весь дизельный рабочий процесс.

Отдельно про две строки вспышки. Разные значения для одних и тех же марок — не разночтение и не ошибка: это разные условия применения. Топливо для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин нормируется жёстче именно по требованиям пожарной безопасности, поэтому в общедоступных пересказах цифра 62 °C регулярно приводится как «температура вспышки солярки вообще», хотя к топливу, которое вы заливаете на обычной АЗС, относится строка дизелей общего назначения: 40 °C для летней и межсезонной марки.

И ещё одна деталь, которая меняет чтение таблицы. Значения вспышки нормированы с формулой «не ниже», то есть это пол, а не характеристика партии: стандарт задаёт минимум, который нельзя нарушить, и ничего не говорит о том, где окажется конкретная партия. Ориентир по фактическому топливу даёт сравнительная таблица Alternative Fuels Data Center Министерства энергетики США: для дизельного топлива с низким содержанием серы там указана вспышка 165 °F, то есть около 74 °C, почти вдвое выше нормируемого ГОСТ пола в 40 °C. Нормы по цетановому числу, сортам и классам и то, чем ГОСТ 305-2013 отличается от ГОСТ 32511-2013 на топливо ЕВРО, разобраны в материале октановое число солярки.

Спичка, фитиль и распыл: почему результат разный

Три бытовые ситуации, которые дают три разных ответа на один вопрос.

Спичка в лужу. Температура пламени спички несопоставимо выше и точки вспышки, и точки самовоспламенения. Но пламя маленькое, а под ним — масса холодной жидкости с большой теплоёмкостью. Тепло уходит в неё быстрее, чем успевает прогреть тонкий поверхностный слой до 40 °C и тем более до нижнего температурного предела воспламенения, то есть 69 °C для марок Л и Е. Спичка тонет и гаснет, топливо остаётся при своих +20 °C.

Тряпка, ветошь, фитиль. Здесь всё меняется, и меняется именно теплофизика, а не топливо. В пропитанной ткани жидкости мало, отводить тепло вглубь некуда, и локальный участок прогревается выше температурных пределов за секунды. Дальше горение поддерживает само себя: пламя греет фитиль, фитиль подаёт пар. По этой же причине промасленная ветошь рядом с открытым огнём — не безобидный мусор.

Распыл и подогрев. Форсунка дробит топливо на мелкие капли, и у той же массы топлива площадь поверхности, с которой идёт испарение, становится несопоставимо больше, чем у неподвижной лужи, и пар образуется намного быстрее. Тот же эффект даёт нагрев горелкой: испарение усиливается принудительно, и дальше топливо горит уже как обычное горючее.

Из этого следует практический вывод, обратный расхожему «солярка не горит». ГОСТ 305-2013 прямо квалифицирует дизельное топливо как легковоспламеняющуюся жидкость по ГОСТ 12.1.044 и в том же разделе запрещает применять открытый огонь в помещениях для хранения и использования топлива, требует взрывозащищённого исполнения электросетей и искусственного освещения, защиты ёмкостей и трубопроводов от статического электричества и запрещает работать инструментом, дающим искру при ударе. Неудачный опыт со спичкой — это свойство конкретных условий, а не индульгенция.

Бензин и солярка: разница в парах, а не в стойкости к нагреву

Здесь прячется контринтуитивная часть. Та же сравнительная таблица Alternative Fuels Data Center даёт по обоим топливам обе температуры сразу.

Разница по вспышке больше ста градусов, и она полностью объясняет бытовой опыт: бензин даёт достаточную концентрацию паров даже на морозе, солярка при комнатной температуре — нет.

А вот по самовоспламенению картина обратная той, которую обычно ожидают: у бензина порог по этой таблице ниже, чем у дизельного топлива. Значит, ответ на вопрос про спичку решает только летучесть, и никак не «стойкость к нагреву». Заодно видно, почему бензин не годится для дизеля: от сжатия он бы вспыхивал раньше расчётного момента, и удерживает его от этого именно октановое число, то есть стойкость к самовоспламенению, которая дизелю не нужна и вредна.

Значение около 316 °C по AFDC, кстати, ложится внутрь диапазона 300–330 °C, который ГОСТ 305-2013 даёт по маркам. Два независимых документа сходятся, и это единственный случай в теме, когда разброс цифр по источникам оказывается небольшим.

В цилиндре поджигает сжатие, а не искра

Всё, что мешает солярке загореться на воздухе, в цилиндре снимается разом.

Воздух на впуске сжимается в 16–25 раз, и работа сжатия переходит в тепло, а температура в конце такта уходит выше порога самовоспламенения. Топливо подаётся форсункой уже в готовую горячую среду и дробится на мелкие капли, то есть испаряется за тысячные доли секунды. Источник зажигания при этом не нужен ни в каком виде: почему в схеме нет свечи зажигания и чем от неё отличается свеча накаливания, разобрано в материале почему в дизеле нет свечей, а механика самого такта — в материале принцип работы дизельного двигателя.

Скорость этого процесса нормируется цетановым числом: оно описывает задержку между началом впрыска и вспышкой. По ГОСТ 305-2013 цетановое число составляет не менее 45 для всех четырёх марок: Л, Е, З и А. Марка же задаёт не способ воспламенения, а диапазон температур применения: Л применяется при минус 5 °C и выше, Е при минус 15 °C и выше, З до минус 25 или минус 35 °C, А при минус 45 °C и выше.

Что из этого следует для сгорания и нагара

Если горит только пар, то полнота сгорания в дизеле упирается в то, успело ли топливо испариться за отведённое ему время. Это не теория: вся цепочка эксплуатационных проблем растёт именно отсюда.

Крупная капля испаряется медленнее мелкой, поэтому закоксованный распылитель форсунки — это не косметика, а прямое изменение условий горения: вместо тумана в камеру уходит грубый факел, часть топлива не успевает окислиться и догорает уже на расширении, при падающей температуре. Несгоревший углерод оседает на распылителях и днище поршня, и так появляется нагар в дизельном двигателе, который снова портит распыл и замыкает процесс на себя. То, что вылетело в выпуск, ловит сажевый фильтр, а видимая чёрная дымность показывает режим, а не отдельную поломку, об этом есть разбор чёрного нагара в двигателе.

Второй фактор — температура. Зимой холодные стенки цилиндра забирают часть тепла сжатия, испарение идёт хуже, доля несгоревшего растёт. Плюс чисто зимние ограничения самого топлива: летняя марка Л рассчитана по ГОСТ 305-2013 на минус 5 °C и выше и в мороз теряет текучесть. Что при этом происходит с литром в баке, разобрано в материале плотность дизельного топлива, а на что действительно влияют депрессорные присадки, показано в материале антигель для дизельного топлива.

Вопросы от читателей

Загорится ли солярка от спички? При комнатной температуре, как правило, нет. Паров над поверхностью недостаточно, а тепло от маленького пламени уходит в холодную жидкость быстрее, чем прогревает её до температуры вспышки: по ГОСТ 305-2013 это не ниже 40 °C для марок Л и Е дизелей общего назначения. Пропитанная соляркой ткань загорается легко: там отводить тепло некуда и фитиль прогревается за секунды.

При какой температуре вспыхивает солярка? Зависит от марки и назначения топлива. По ГОСТ 305-2013 температура вспышки в закрытом тигле нормирована не ниже 40 °C для марок Л и Е и не ниже 30 °C для марок З и А, если топливо предназначено для дизелей общего назначения; для тепловозных и судовых дизелей и газовых турбин не ниже 62 °C, 62 °C, 40 °C и 35 °C соответственно.

Чем температура вспышки отличается от температуры самовоспламенения? Вспышка происходит от поднесённого источника огня и означает только то, что пара над поверхностью набралось достаточно. Самовоспламенение идёт без всякого источника огня, от одного нагрева: по ГОСТ 305-2013 это 300 °C для марок Л и Е, 310 °C для марки З и 330 °C для марки А. Разница между этими величинами — сотни градусов, и путать их нельзя.

Почему в цилиндре солярка вспыхивает без искры? Воздух сжимается в 16–25 раз и разогревается работой сжатия выше температуры самовоспламенения топлива. Форсунка подаёт топливо в эту среду в конце такта сжатия и дробит его на мелкие капли, которые испаряются за тысячные доли секунды. Момент воспламенения задаёт не искра, а начало впрыска.

Солярка безопаснее бензина? По температуре вспышки да, порог у неё выше более чем на сто градусов, и случайная искра лужу не подожжёт. Но ГОСТ 305-2013 относит дизельное топливо к легковоспламеняющимся жидкостям по ГОСТ 12.1.044 и требует при хранении запрета открытого огня, взрывозащищённого электрооборудования, защиты ёмкостей от статического электричества и инструмента, не дающего искры при ударе.

Что стоит сделать после прочтения

Практический вывод из всей физики один: дизель работает ровно настолько хорошо, насколько полно топливо успевает испариться и окислиться за отведённые ему тысячные доли секунды. Всё, что этому мешает (закоксованный распылитель, холодный режим, короткие поездки), оплачивается расходом и отложениями. Проверяемых точек здесь две: состояние распылителей и состояние поверхностей камеры сгорания.

Водородный генератор ВГА работает в этой же области. Это бортовой электролизёр: он разлагает воду на водород и кислород и подаёт смесь через баблер во впускной коллектор работающего двигателя. Смесь образуется только на работающем моторе, запаса газа на борту нет. Водород ускоряет горение смеси, а углеродистые отложения при этом окисляются и перестают нарастать. Условие — исправность двигателя: рабочие датчики, целые клапаны, не перепрошитый ЭБУ. Как устроен цикл, разобрано в материале как работает водородный генератор, а что меняется именно на дизеле, показано в материале водородный генератор на дизель.

Модель подбирается по рабочему объёму двигателя: VGA-90 до 2 литров, VGA-120 на 2–6,5 литра, VGA-240 от 6,5 литра и более. Бортсеть нагружается на 65–85 Вт у легковых и на 175–190 Вт у грузовых, а сам монтаж укладывается в один рабочий день. Обслуживание состоит из двух пунктов: долив дистиллированной воды (1 литр на 5000 км на легковых и 2 литра на грузовых) и полная замена раствора каждые 25 000–30 000 км; зимой в раствор и баблер добавляется изопропиловый спирт 15–20 %. Изготовитель даёт год гарантии и оценивает ресурс в 500 000 км или 10 лет эксплуатации.

Цены на все три модели и расчёт под конкретную технику есть на странице стоимости.