Цетановое число: как самая большая загадка дизельного топлива влияет на ваш грузовик

Цетановое число – это показатель в мире дизельного топлива, который всегда привлекает наше внимание. Мы знаем, что это важная характеристика топлива, приводящего в движение наши машины. Но для большинства из нас, кто водит дизельные автомобили, роль цетанового числа в общей производительности двигателя так же загадочна, как и фактическое цетановое число топлива, которое мы заливаем.

Хорошей отправной точкой в этой теме будет понимание разницы между «цетаном» и «цетановым числом» (ЦЧ). Цетан – это набор встречающихся в природе химических соединений, содержащихся в дизельном топливе. Более летучее из двух – гексадекан, обычно называемый «цетаном», который легко воспламеняется при сжатии и имеет ЦЧ 100. Изоцетан – его плохо горящий аналог с ЦЧ 15.

Оба напрямую связаны с количеством парафинового воска, содержащегося в сырой нефти, из которой получают дизельное топливо. В общем, чем выше содержание воска в сырой нефти, тем больше природных «цетанов» в базовом дизельном топливе из этой партии.

Цетановое число

«ЦЧ – это показатель воспламеняемости дизельного топлива», – говорит доктор Арджун Пракаш, ученый из группы топливных технологий Shell Eco-Marathon Americas. «Цетановое число данного дизельного топлива определяется путем сопоставления его воспламеняемости со стандартной смесью цетана (установлено на 100) и изоцетана (установлено на 15), отсюда и название «цетановое число». Дизельное топливо с более высоким ЦЧ требует меньше времени для воспламенения внутри двигателя, чем топливо с более низким ЦЧ».

Думайте о ЦЧ для дизельного топлива так же, как об октановом числе для бензина, только с противоположным значением. Это связано с тем, что чем выше октановое число бензина, тем медленнее он воспламеняется, что предотвращает детонацию или «стук». Высокое ЦЧ означает, что топливо воспламеняется быстрее, обеспечивая более длительное и чистое сгорание, чем дизельное топливо с низким ЦЧ.

Более чистое сгорание дизельного топлива означает меньший выброс вредных веществ. Именно поэтому Агентство по охране окружающей среды США (EPA), государственный орган по контролю качества воздуха, установило минимальное ЦЧ 40 по всей стране, оставляя окончательное ЦЧ на усмотрение правил EPA отдельных штатов. Например, Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) в настоящее время требует минимальное ЦЧ 53, в то время как Техас (TxLED) установил минимальное ЦЧ для дорожного дизельного топлива на уровне 48.

Дизель есть дизель

Другое топливо, произведенное в США, не являющееся биодизелем, может иметь ЦЧ от 40 до 60, и эти значения колеблются в зависимости от множества переменных, от первоначального процесса переработки до момента, когда оно вытекает из заправочного пистолета в бак нашего грузовика.

Одна из причин этого – смешивание топлива с разным ЦЧ. Например, очищенное дизельное топливо иногда смешивается в трубопроводе, ведущем к распределительному центру, или в огромных резервуарах, где оно хранилось до того, как было доставлено на заправочную станцию, с топливом с более высоким или более низким рейтингом.

Смешивание также может происходить, когда новое дизельное топливо добавляется в подземные резервуары заправочной станции, и его ЦЧ изменяется при смешивании с остатками топлива в баке вашего грузовика.

Негативный аспект такого смешивания топлива с различными цетановыми числами заключается в отсутствии правил, требующих указывать фактическое ЦЧ топлива, выходящего из заправочного пистолета, как это делается с бензином. Все, что вы точно знаете, это то, что оно соответствует как минимум «минимальному» значению, требуемому EPA для вашего региона. Отсюда и поговорка «дизель есть дизель».

«Это лотерея – какое ЦЧ вы закачиваете в свой грузовик», – говорит Джефф Крамер, вице-президент по продажам в западной части США компании Power Service Products, крупного поставщика присадок к дизельному топливу. «Если вы живете за пределами Калифорнии или Техаса, в один день вы можете заправляться топливом с ЦЧ 40, а на следующей неделе – с ЦЧ 50 из того же насоса».

Урок химии

По словам Боба Йондолы, менеджера по развитию бизнеса и эксперта по нефтепереработке в компании Allegheny Petroleum Products Company, одного из крупнейших производителей смазочных материалов и присадок к топливу в Северной Америке, смешение различных сортов топлива оказывает влияние на цетановое число (ЦЧ), но не так сильно влияет на качество дизельного топлива, как процесс нефтепереработки.

Йондола утверждает, что значительный разброс значений ЦЧ в первую очередь зависит от технологического процесса нефтеперерабатывающего завода и используемой им нефти. «Цетановое число дистиллята (дизельного топлива) определяется сочетанием характеристик сырой нефти, используемой на НПЗ, и технологических установок, имеющихся на заводе. Не все НПЗ имеют одинаковую конфигурацию и оснащены одинаковыми технологическими установками».

«Сырая нефть с высоким содержанием нормальных парафинов, изопарафинов и олефинов, как правило, позволяет производить дизельное топливо с более высоким цетановым числом по сравнению с сырой нефтью с высоким содержанием нафталина и бензола», — говорит Йондола. «Следовательно, из „парафинистой“ нефти обычно получается дизельное топливо с более высоким ЦЧ».

Прибыль диктует ЦЧ

Загвоздка в следующем: парафинистая нефть дороже, чем менее предпочтительные варианты, и, как и любой бизнес, нефтяные компании хотят максимизировать прибыль.

«Нефтеперерабатывающий завод стремится максимально снизить затраты, поэтому он использует наименее дорогую нефть, которую можно переработать для удовлетворения потребностей своих клиентов», — говорит Джим Кудис, генеральный директор компании Allegheny Petroleum, которая поставляет НПЗ, распределительным центрам и множеству клиентов на вторичном рынке 2-этилгексил нитрат (EHN) — основное химическое вещество, используемое для повышения ЦЧ дизельного топлива.

В недавнем техническом документе Chevron говорится, что если естественное ЦЧ сырой нефти слишком низкое, «некоторые НПЗ используют присадку, повышающую цетановое число, когда стоимость присадки меньше, чем стоимость переработки, для увеличения цетанового числа».

Продавец топлива, находящийся в конце цепочки распределения дизельного топлива, хочет купить самое дешевое топливо, которое может соответствовать минимальным требованиям Агентства по охране окружающей среды (EPA) для своего региона. Цель игры — сэкономить цент здесь и цент там на каждом литре, умноженный на сотни миллионов проданных литров.

С точки зрения продавца топлива, он не против продавать дизельное топливо с низким цетановым числом вместо продукта премиум-класса, потому что это открывает возможности для продажи готовых присадок, таких как Diesel Kleen+Cetane Boost от Power Service Products, которые не только повышают ЦЧ, но и улучшают смазывающие свойства, очищают форсунки и добавляют защитные вещества, улучшающие характеристики двигателей с большим пробегом.

Цетановое число и мощность

ЦЧ дизельного топлива определенно влияет на производительность. Однако не так, как вы могли бы ожидать. По словам Шайлеша Лопеса, старшего инженера по топливу в GM, основные производители дизельных двигателей калибруют силовые агрегаты, исходя из использования дизельного топлива с ЦЧ 40.

«Традиционно топливо с низким ЦЧ в первую очередь влияло на работу двигателя при низких температурах, например, на отсутствие запуска, пропуски зажигания, колебания крутящего момента, шум и вибрацию. В современных двигателях с системой Common Rail производители внесли изменения, которые делают новые двигатели менее чувствительными к влиянию низкого цетанового числа на работу при низких температурах», — говорит Лопес.

Лопес также отмечает, что, хотя современные дизельные двигатели откалиброваны для работы на топливе с ЦЧ 40, использование топлива с ЦЧ 53 или выше все же может обеспечить ощутимые преимущества в виде «улучшенной стабильности сгорания и снижения выбросов HC/CO» даже после того, как двигатель достигнет рабочей температуры.

«Использование топлива с низким ЦЧ приводит к позднему сгоранию/запаздыванию зажигания, что вызывает появление черного дыма при ускорении или сине-белого дыма при работе холодного двигателя на холостом ходу», — добавляет Марк Готчалл из Oregon Fuel Injection. «Повышение ЦЧ позволяет двигателю работать чище, что приводит к меньшему количеству циклов регенерации на автомобилях, оснащенных сажевым фильтром (DPF)».

Это не «волшебная жидкость»

А вот плохие новости: независимо от заявлений производителей присадок, повышающих цетановое число, ЦЧ используемого нами топлива не оказывает существенного влияния на крутящий момент, мощность или экономию топлива, по мнению Лопеса и инженеров по дизельным двигателям других крупных производителей дизельных двигателей. Повышение ЦЧ, например, с 45 до 53 не приведет к изменению мощности или экономии топлива.

«Для современных технологий двигателей более высокое или более низкое цетановое число потенциально может повлиять на мощность двигателя, крутящий момент и расход топлива только на этапе запуска в холодных зимних условиях», — говорит Лопес. «Но не ожидается, что оно окажет существенное влияние на эти рабочие параметры после прогрева двигателя».

Короче говоря, ЦЧ напрямую влияет на снижение вредных выбросов и никак не связано с увеличением скорости или улучшением экономии топлива.

Подлечись!

Если повышение цетанового числа (ЦЧ) не улучшает мощность и не увеличивает пробег на единицу топлива, то зачем использовать присадки и бустеры цетана? Применение этих продуктов рекомендуется, потому что присадки к дизельному топливу во многом похожи на лекарства — их следует использовать по назначению эксперта, который диагностировал проблему, от которой страдает двигатель вашего автомобиля.

«Это возвращает нас к использованию многофункциональной присадки, которая повышает ЦЧ, очищает форсунки и обеспечивает необходимую смазывающую способность для защиты топливных насосов и форсунок, а не просто к погоне за цетановым числом», — говорит Крамер.

«2-Этилгексилнитрат (ЭГН) улучшит эксплуатационные характеристики за счет улучшения сгорания, когда двигатель холодный. Но владельцев дизельных автомобилей должна больше волновать общая картина: общее состояние топливной системы их грузовиков», — добавляет он.

«Когда вы постоянно используете присадку к дизельному топливу, вы знаете, что в топливе теперь есть необходимое количество детергента, цетана и смазывающих веществ, которые могут отсутствовать в достаточных количествах для конкретного дизельного двигателя в топливе, поступающем из топливораздаточной колонки».

Преимущества присадок

Мы понимаем, что к этому моменту нашего отчета информация, которую мы вам предоставили, может развеять некоторые иллюзии относительно производительности, которые возникают у некоторых из вас, когда вы заливаете в бак бутылку цетанового бустера. Нет, он не улучшает внезапно способность вашего грузовика преодолевать дистанцию в 400 метров (четверть мили) или подниматься в гору.

Преимущества, которые дают такие присадки, заключаются в улучшении запуска в холодную погоду, снижении шума сгорания при холодном двигателе и снижении вредных выбросов, когда двигатель достигает рабочей температуры.

Добавление в бак при каждой заправке присадок к топливу, в состав которых входят улучшители ЦЧ, — это способ обеспечить максимально плавную работу дизельного двигателя вашего грузовика в холодном состоянии, а также более чистую работу и более длительный срок службы, чем без такой обработки топлива.

Поэтому не беспокойтесь о цетановом числе, когда заправляете свой автомобиль. Оно такое, какое есть. Но серьезно подумайте о добавлении в бак цетаноповышающей присадки, которая действует как поливитамины для долговременного здоровья двигателя.

Рекомендуемая дозировка

Важно отметить, что цетаноповышающие присадки следует использовать только в соответствии с рекомендациями; больше не всегда значит лучше. По словам экспертов, с которыми мы общались, слишком большое количество 2-этилгексилнитрата, распространенного химического вещества, повышающего ЦЧ, может привести к изменению плотности топлива.

Прочтите этикетку с составом присадки и соответствующим образом дозируйте ее для топливного бака вашего грузовика. Например, если 3,785 литра (галлон) «Присадки А» рассчитаны на 1514 литров (400 галлонов) топлива, то 9,46 мл (0,32 унции) рассчитаны на 3,785 литра (1 галлон). (Американский галлон жидкости равен 128 жидким унциям или 3,785 литра.) Если вы добавляете 75,7 литров (20 галлонов) топлива, это соответствует 189,2 мл (6,4 унции) этой конкретной присадки.

Обычно, чем на больший объем топлива рассчитана определенная доза присадки, тем она более концентрированная. Например, если 3,785 литра «Присадки А» рассчитаны на 1514 литров, а 3,785 литра «Присадки Б» — на 3785 литров, то последняя в 2,5 раза более концентрированная (при условии, что все остальные ингредиенты одинаковы). Это помогает провести справедливое сравнение цен.

Также важно знать, что топливо с низким ЦЧ (40-45) хуже реагирует на бустеры, чем топливо с высоким ЦЧ (48-53). Отсюда и причина, по которой «цетановые бустеры» обычно показывают диапазон прироста, а не одно число. Оптимальное значение ЦЧ для современных грузовиков находится в диапазоне от 50 до 55.

«Топливо с более низким ЦЧ требует большего количества частей на миллион (ppm) улучшителей цетана, таких как ЭГН, чтобы зарегистрировать изменение. Например, топливо с ЦЧ 42 будет иметь меньшее повышение, чем топливо с ЦЧ 50, при использовании рекомендованной дозировки», — объясняет Джессика Крэбтри Каттнер, директор по техническим вопросам в Power Service Products.

«Хотя ЦЧ может измениться сильнее, когда ЭГН добавляется к базовому топливу с более высоким цетановым числом, при использовании цетаноповышающей присадки будет более заметное улучшение характеристик холодного двигателя с топливом с низким цетановым числом», — добавляет Каттнер.

Перевод статьи: https://www.motortrend.com/how-to/expert-advice/1704-cetane-numbers-how-diesel-fuels-biggest-unknown-affects-your-truck/