Октановое число солярки: почему его нет и что вместо него

Если коротко. Октанового числа у солярки нет, и это не пробел в стандартах, а следствие устройства двигателя. Октановое число измеряет стойкость топлива к самовоспламенению: бензин обязан дождаться искры и не вспыхнуть раньше от сжатия. Дизелю самовоспламенение нужно, оно и есть способ поджига, других источников зажигания в цилиндре нет. Мерить у солярки сопротивление тому, ради чего её заливают, бессмысленно, поэтому дизтопливо оценивают обратной шкалой. Цетановое число — это условная характеристика способности дизельного топлива воспламеняться от сжатия: чем оно выше, тем короче задержка между впрыском и вспышкой. Нормы заданы двумя действующими стандартами. По ГОСТ 305-2013 цетановое число дизельного топлива составляет не менее 45 для всех четырёх марок: Л, Е, З и А. По ГОСТ 32511-2013 на топливо ЕВРО норма выше: не менее 51,0 для сортов умеренного климата A–F, 49,0 для зимних классов 0 и 1, 48,0 для класса 2 и 47,0 для класса 3 и арктического класса 4. Справочники так и заполняют строки: у дизельного топлива стоит цетановое число, а графа октанового остаётся пустой.

Почему две шкалы направлены в разные стороны

Октановое число — величина условная и относительная. Шкала задана парой эталонных углеводородов: изооктану присвоено 100, н-гептану 0, а число топлива равно составу той эталонной смеси, которая детонирует так же на одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия. Что именно это описывает и почему у одного бензина всегда два числа, по исследовательскому и по моторному методу, разобрано отдельно: октановое число бензина.

Бензиновый двигатель готовит однородную смесь заранее, сжимает её и поджигает искрой в рассчитанный момент. Любая вспышка до подхода фронта пламени — детонация, то есть аварийный режим. Значит, топливу нужна стойкость к самовоспламенению, и чем она выше, тем лучше.

Дизель работает наоборот. На впуске в цилиндр заходит чистый воздух, он сжимается в 16–25 раз и нагревается работой сжатия выше температуры самовоспламенения солярки, а топливо подаётся форсункой в конце такта сжатия и должно вспыхнуть само. Механика такта разобрана в материале принцип работы дизельного двигателя. Здесь ранняя вспышка — не авария, а условие работы. Топливо, идеальное по октановому числу, для дизеля было бы негодным: оно сопротивлялось бы поджигу ровно так, как от него требует бензиновая шкала.

Поэтому в справочных таблицах свойств топлив эти две графы никогда не заполнены одновременно. Alternative Fuels Data Center Министерства энергетики США даёт для дизельного топлива с низким содержанием серы цетановое число 40–55 и прочерк в графе октанового рейтинга, а для бензина октановый рейтинг 84–93 и прочерк в графе цетанового.

Цетановое число: что именно оно измеряет

Шкала построена по тому же принципу, что и октановая, но на другой эталонной паре. За 100 принят н-цетан (гексадекан), углеводород, который воспламеняется от сжатия очень легко. За нижнюю точку принято вещество, которое сопротивляется самовоспламенению. Испытуемое топливо сравнивают с эталонными смесями на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия: цетановое число топлива равно составу той смеси, которая даёт такую же задержку воспламенения. По ГОСТ 32511-2013 (EN 590:2009) «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия» цетановое число определяют по ГОСТ 32508 на установке CFR и по ГОСТ 3122.

Ключевое здесь — слово «задержка». Цетановое число описывает время между началом впрыска и вспышкой, а не количество энергии в литре. Топливо с более высоким цетановым числом воспламеняется раньше, но не выделяет при сгорании больше тепла: теплотворность нормируется отдельно и с этой шкалой не связана.

Рядом в стандарте стоит второй показатель — цетановый индекс. Это не результат моторного испытания, а расчётная величина: индекс вычисляют по плотности и температурам разгонки той же партии. Он нужен, чтобы отсечь ситуацию, когда паспортное цетановое число вытянуто присадкой при плохой базовой основе: присадка поднимает число, но не меняет плотность и фракционный состав, а значит, и индекс. Поэтому в таблицах нормируются оба показателя сразу.

Нормы по ГОСТ: два стандарта и разные цифры

Действующих стандартов на дизельное топливо два, и путать их нормы нельзя.

ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия» задаёт цетановое число не менее 45, одинаково для всех четырёх марок. Марки различаются условиями применения по температуре: Л от минус 5 °C и выше, Е от минус 15 °C и выше, З до минус 25 °C, А от минус 45 °C и выше.

ГОСТ 32511-2013 — это гармонизированный с EN 590:2009 стандарт на топливо ЕВРО, и требования в нём выше. Здесь деление по сортам умеренного климата, а не по маркам и классам холодного климата, привязанным к предельной температуре фильтруемости.

Значения сортов и классов взяты из таблиц ГОСТ 32511-2013. Обратите внимание на главное следствие этой таблицы: требование 51,0 относится только к сортам A–F умеренного климата. Все пять холодных групп (зимние классы 0, 1, 2, 3 и арктический класс 4) нормированы ниже, причём тремя разными ступенями: 49,0, затем 48,0, затем 47,0. По цетановому индексу ступеней две: 46,0 для классов 0, 1 и 2 и 43,0 для классов 3 и 4. Переносить цифру 51,0 на зимнее топливо и делать по ней вывод о качестве нельзя: партия с цетановым числом 48,0 в паспорте может полностью соответствовать своему классу.

Причина снижения — не послабление ради экономии, а химия. Чтобы получить фильтруемость минус 38 или минус 44 °C, из топлива убирают тяжёлые парафиновые компоненты и облегчают фракционный состав. Как раз эти компоненты хорошо воспламеняются от сжатия, поэтому вместе с температурой застывания вниз уходит и цетановое число. Что делают с летним топливом зимой вместо этого и на что действительно влияют депрессорные присадки, разобрано в материале антигель для дизельного топлива.

Чем оборачивается низкое цетановое число

Задержка воспламенения — это не абстракция, а бюджет времени, за который капля должна прогреться, испариться, смешаться с воздухом и дойти до реакции. Измеряется он тысячными долями секунды. Чем ниже цетановое число, тем этот период длиннее, и последствия выстраиваются цепочкой.

Тяжелее холодный пуск. На непрогретом двигателе сжатие даёт меньшую температуру: часть тепла уходит в холодные стенки цилиндра. Длинная задержка на этом фоне превращается в несколько неудачных циклов подряд.

Жёстче работа. Пока топливо ждёт вспышки, форсунка продолжает подавать. К моменту воспламенения в камере накапливается больше готовой к горению смеси, чем при коротком периоде задержки, и она сгорает почти одновременно. Резкий рост давления слышен как характерный стук и нагружает шатунно-поршневую группу.

Больше несгоревшего. Смещение вспышки на более поздний угол означает, что часть топлива догорает уже на такте расширения и на выпуске, когда температура в цилиндре падает. Отсюда дымность на прогреве и рост доли углерода, который не превратился в тепло.

Отсюда и нагар. Всё, что не догорело, оседает: на распылителях форсунок, на донце поршня, в контуре рециркуляции и дальше в сажевом фильтре. Круг замыкается сам на себя, потому что закоксованный распылитель даёт крупные капли вместо тумана, а те снова не успевают сгореть. Механизм подробно разобран в материале нагар в дизельном двигателе.

Обратная сторона тоже важна и часто теряется в разговорах про присадки. Цетаноповышающие компоненты сокращают задержку и потому помогают на холодном пуске и на прогреве, но количество тепла в литре они не меняют. Что из этой категории на что действительно влияет, разобрано в материале таблетки для экономии топлива.

Вопросы и ответы

Какое октановое число у дизельного топлива? Никакого. Показатель не нормируется ни ГОСТ 305-2013, ни ГОСТ 32511-2013, и в справочных таблицах свойств топлив графа октанового рейтинга у дизельного топлива стоит пустой. Вместо него используется цетановое число — шкала способности воспламеняться от сжатия.

Какое цетановое число должно быть у солярки на заправке? Зависит от того, по какому стандарту выпущено топливо. По ГОСТ 305-2013 это не менее 45 для всех марок. По ГОСТ 32511-2013 на топливо ЕВРО норма составляет 51,0 для сортов A–F умеренного климата, 49,0 для классов 0 и 1, 48,0 для класса 2 и 47,0 для классов 3 и 4.

Почему у зимней солярки цетановое число ниже, чем у летней? Из топлива удаляют тяжёлые парафиновые компоненты, чтобы получить фильтруемость до минус 38 или минус 44 °C. Эти же компоненты легче воспламеняются от сжатия, поэтому вместе с температурой фильтруемости снижается и цетановое число. Стандарт это учитывает и задаёт для холодных классов отдельные, более низкие нормы.

Можно ли по цетановому числу судить о расходе топлива? Нет. Оно описывает задержку воспламенения, а не запас энергии в литре. Влияние идёт косвенно: через жёсткость сгорания, дымность на прогреве и полноту сгорания, а не через теплотворность.

Чем цетановый индекс отличается от цетанового числа? Число получают моторным испытанием на установке с переменной степенью сжатия, индекс рассчитывают по плотности и разгонке. Индекс не реагирует на цетаноповышающие присадки, поэтому его нормируют вторым показателем: он показывает качество базовой основы топлива.

Куда смотреть дальше

Если вам нужна проверяемая характеристика топлива, спрашивайте паспорт качества партии и смотрите строку «цетановое число». Сверять её нужно с нормой своей группы, а не с одной цифрой на все случаи: у топлива ЕВРО это 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, а у топлива по ГОСТ 305-2013 это 45 для любой марки. Обозначение группы указано там же, в маркировке вида ДТ-Л-К5 или ДТ-З-К5. Заодно посмотрите строку плотности: она нормируется широким коридором и о сорте говорит мало, но резкое отклонение — повод к вопросам. Подробнее об этом в материале плотность дизельного топлива.

Второй адрес — состояние камеры сгорания. Цетановое число задаёт условия старта горения, но полнота сгорания дальше зависит от того, как распылено топливо и насколько чисты поверхности. Эта часть от заправки не зависит и на топливном бюджете видна сильнее, чем разница между классами.

Водородный генератор ВГА работает в этой же области: бортовой электролизёр разлагает воду на водород и кислород и подаёт смесь через баблер во впускной коллектор работающего двигателя. Газ идёт в двигатель по мере выработки и нигде не накапливается. С водородом смесь сгорает быстрее, углеродистый налёт окисляется и новый уже не образуется. Условие простое: исправные датчики, целые клапаны, не перепрошитый ЭБУ. Что меняется именно на дизеле, разобрано 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. От бортовой сети установка берёт 65–85 Вт на легковых и 175–190 Вт на грузовых; ставят её за один рабочий день. Регламент обслуживания 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%. Год гарантии от изготовителя, расчётный ресурс до 500 000 км или 10 лет эксплуатации.

Характеристики и комплектация собраны в карточках моделей, цены и расчёт под конкретную технику — на странице стоимости.