Розділ 8
ДИЗЕЛЬНІ ПАЛИВА

8.1. Асортимент та якість дизельних палив.

8.2. Показники експлуатаційних властивостей дизельних палив.

Ключові слова: дизельне паливо, цетанове число, фракційний склад, в’язкість, густина, сірка, присадки, класифікація.

8.1. Асортимент та якість дизельних палив

У сільському господарстві дизельні двигуни є джерелом енергії на тракторах, комбайнах, самохідних сільськогосподарських машинах, великовагових автомобілях. Основна перевага дизельних двигунів – їх висока економічність, питома витрата палива на 25...30 % нижча, ніж у карбюраторних двигунів. Дизельне паливо дешевше, менш вибухо- і пожежонебезпечне порівняно з бензином.

Дизельне паливо – суміш рідких вуглеводнів, отриманих у процесі переробки нафти, газового конденсату або їх сумішей, яка википає за температури 170-360 °С та використовується у двигунах внутрішнього згоряння із запаленням паливно-повітряної суміші від стискання.

Прозора, більш в'язка, ніж бензин, масляниста рідина від жовтуватого до світло-коричневого кольору густиною 780...860 кг/м³. Одержують дизельне паливо прямою перегонкою нафти з додаванням до 20 % продуктів каталітичного крекінгу.

Робочий процес дизельного двигуна відрізняється від робочого процесу карбюраторного двигуна тим, що сумішоутворення відбувається в кінці такту стиску за дуже короткий проміжок часу. Паливо впорскується в камеру згоряння за кілька градусів до ВМТ, де знаходиться стиснене під тиском 3,4...4,4 МПа і нагріте за рахунок цього до температури 500...800 °С повітря. Контактуючи з повітрям, паливо випаровується, нагрівається до температури самозаймання і перемішуючись з повітрям згоряє. Цей процес продовжується всього 0,002...0,003 с, що в 10-15 разів швидше, ніж у карбюраторному двигуні.

Надійна та економічна робота дизельних двигунів забезпечується за умови правильного підбору палива, установки оптимального кута випередження впорскування. При цьому суміш повністю згоряє під час робочого ходу. В іншому випадку збільшується димність відпрацьованих газів, зменшується потужність, зростає питома витрата палива.

Цетанове число дизельних палив різних марок, які виробляються вітчизняною промисловістю, характеризуються наступними значеннями (табл. 8.1).

Таблиця 8.1

Цетанове число ДП різних марок

Марка ДП	Цетанове число
Марка «Л» - літнє (-35 °С )	47-51
Марка «З» - зимове (-45 °С )	45-49
Марка «А» - арктичне (-50 °С )	40-42

Застосування палив з цетановим числом менше 40 призводить до жорсткої роботи двигуна, а більше 50 – до збільшення питомої витрати палива внаслідок зменшення повноти згоряння. Влітку можна застосовувати палива з цетановим числом, що дорівнює 40, а взимку для забезпечення холодного пуску двигуна – з цетановим числом не менше 45. Цетанове число і низькотемпературні властивості палива – це взаємопов'язані величини: чим краще низькотемпературні властивості палива, тим нижче його цетанове число. Так, палива з температурою застигання нижче -45 °С характеризуються цетановим числом близько 40.

За екологічними показниками встановлено такі екологічні класи ДП: Євро3, Євро4, Євро5.

ДП повинні відповідати вимогам, наведеним у таблиці 8.2 згідно з вище згаданим Технічним регламентом.

Таблиця 8.2

Вимоги щодо характеристик дизельних палив

Назва показника	Одиниця виміру	Значення норм за екологічним класом
Назва показника	Одиниця виміру	Євро3	Євро4	Євро5
1	2	3	4	5
Вміст сірки	мг/кг	не більше 350	не більше 50	не більше 10
Температура спалаху в закритому тиглі	градусів	не нижче 40	не нижче 55	не нижче 55
Фракційний склад — 95 відсотків об’ємних переганяється за температури	—»—	не вище 360	не вище 360	не вище 360
Масова частка полі-циклічних ароматичних вуглеводнів	відсотків	не більше 11	не більше 11	не більше 8
Цетанове число:	одиниць
дизельного палива літнього		не менше 51	не менше 51	не менше 51
дизельного палива зимового		не менше 49	не менше 49	не менше 49
дизельного палива арктичного		не менше 48	не менше 48	не менше 48
Гранична температура фільтрованості:	градусів
дизельного палива літнього		не вище мінус 5	не вище мінус 5	не вище мінус 5
дизельного палива зимового		не вище мінус 20	не вище мінус 20	не вище мінус 20
дизельного арктичного палива		не вище мінус 30	не вище мінус 30	не вище мінус 30
Змащувальна здатність (діаметр плями зносу при температурі 60 ^оС)	мікрометрів	не більше 460	не більше 460	не більше 460
Об’ємна частка метилових/етилових естерів жирних кислот:	відсотків
для дизельних палив В0		0	0	0
для дизельних палив В5		не більше 5	не більше 5	не більше 5
для дизельних палив В7		понад 5 та не більше 7	понад 5 та не більше 7	понад 5 та не більше 7
Примітка. 1. Об’ємна частка метилових/етилових естерів жирних кислот визначається у разі їх додавання до дизельного палива. 2. При температурі навколишнього природного середовища нижче мінус 20 ^оС не рекомендовано використання в дизельному паливі метилових/етилових естерів жирних кислот.

Дизельне паливо може містити барвники та речовини-маркери. Можливе додавання до дизельного палива добавок (присадок), добавок на основі метилових/етилових естерів жирних кислот, які не погіршують експлуатаційних показників палива, не впливають негативно на екологічні, енергетичні та економічні показники двигунів, що підтверджено результатами випробувань, та допущені до застосування в установленому порядку.

8.2. Показники експлуатаційних властивостей дизельних палив

Вимоги до дизельного палива аналогічні загальним вимогам до всіх палив, крім того, вони повинні мати добру прокачувальну здатність, особливо за низьких температур; оптимальний фракційний склад і відповідну в'язкість щоб забезпечувати якісне сумішоутворення і надійно змащувати деталі системи живлення; відповідну самозаймистість, яка забезпечить м'яку, бездимну і економічну роботу двигуна на різних режимах.

Основні показники експлуатаційних властивостей дизельного палива:

- цетанове число, що визначає високі потужності та економічні показники роботи двигуна;

- фракційний склад, що визначає повноту згоряння, димність і токсичність відпрацьованих газів двигуна;

- в'язкість і густина, що забезпечують нормальну подачу палива, розпилювання в камері згоряння та працездатність системи фільтрування;

- низькотемпературні властивості, що визначають функціонування системи живлення при негативних температурах навколишнього середовища та умови зберігання палива;

- ступінь чистоти, що характеризує надійність роботи фільтрів грубого і тонкого очищення та циліндро-поршневої групи двигуна;

- температура спалаху, що визначає умови безпеки застосування палива в дизелях;

- наявність сірчастих сполук.

Характер процесу горіння палива в двигуні визначається двома основними показниками – фракційним складом і цетановим числом. На згоряння палива більш легкого фракційного складу витрачається менше повітря, при цьому завдяки зменшенню часу, необхідного для утворення паливоповітряної суміші, процеси сумішоутворення протікають більш повно.

Полегшення фракційного складу палива, наприклад, при додаванні до нього бензинової фракції, може призвести до жорсткої роботи двигуна, яка визначається швидкістю наростання тиску на 1 поворот колінчастого валу. Це пояснюється тим, що до моменту самозаймання робочої суміші в циліндрі двигуна накопичується велика кількість пар палива, і горіння супроводжується надмірним підвищенням тиску і стукіт у двигуні.

В'язкість пального залежить від його вуглеводневого складу. Літнє дизельне паливо, що отримується з західносибірських нафти, в якому переважають парафіно-нафтенові вуглеводні, має в'язкість при 20 °С 3,5…4,0 мм²/с; таке ж за фракційного складу паливо з сахалінських нафт, в якому переважають нафто-ароматичні вуглеводні, – 5,5…6,0 мм²/с. Стандартом на дизельне паливо в'язкість нормується у досить широких межах, що обумовлено розходженням вуглеводневого складу нафти, що переробляється. Спроби обмежити в'язкість палива у вузьких межах призведуть до скорочення ресурсів його виробництва, оскільки буде потрібно знизити температуру кінця кипіння палива. У зарубіжних стандартах кінематична в'язкість нормується звичайно при 40 °С, у той час як вітчизняні ДСТУ та ТУ регламентують в'язкість при 20 °С.

Низькотемпературні властивості характеризуються такими показниками, як температура помутніння, гранична температура фільтрованості та температура застигання. Остання визначає умови складського зберігання палива – умови застосування палива, хоча в практиці відомі випадки використання палив за температур, що наближаються до температури застигання. Для більшості дизельних палив різниця між Tп і Tз становить 5…7 °С.

Паливо є мастильним матеріалом для рухомих деталей паливної апаратури швидкохідних дизелів, пар тертя плунжерних паливних насосів, запірних голок, штифтів та інших деталей.

Змащувальні властивості палив значно гірші, ніж у масел, так як і в'язкість, і вміст поверхнево-активних речовин (ПАР) в пальному менше, ніж їх вміст в мастилі. Протизносні властивості пального поліпшуються зі збільшенням вмісту ПАР, в'язкості та температури википання.

У зв'язку з жорсткістю вимог до якості дизельних палив за вмістом сірки і переходом на вироблення екологічно чистих палив, гідроочищення їх проводять в жорстких умовах. При цьому з дизельних палив видаляються з'єднання, що містять сірку, кисень і азот, що негативно впливає на їх змащувальну здатність. Найбільш реальним способом поліпшення змащувальних властивостей дизельного палива є застосування протизносних присадок.

Хімічна стабільність дизельного палива – здатність протистояти окислювальним процесам, що протікають при зберіганні. Ця проблема виникла з поглибленням переробки нафти і залученням до складу товарного дизельного палива середньодистилятних фракцій вторинної переробки нафти, таких, як легкого газойля каталітичного крекінгу, вісбрекінгу, коксування. Останні збагачені ненасиченими вуглеводнями, включаючи диолефіни і дициклоолефіни, а також містять значну кількість сірчистих, азотистих і смолистих з'єднань. Хімічна стабільність оцінюється за кількістю утвореного в паливі осаду (мг/100 мл) за ASTM D 2274.

Стандартами на дизельні палива регламентуються такі показники якості, що характеризують їх корозійну агресивність: вміст загальної сірки, вміст меркаптанової сірки і сірководню, водорозчинних кислот і лугів, випробування на мідній пластинці.

Сучасна технологія отримання дизельних палив практично виключає можливість присутності в них елементарної сірки і сірководню в кількостях, що викликають корозійний вплив на метали. Відсутність сірки і сірководню надійно контролюється випробуванням на мідній пластинці. Паливо витримує ці випробування, якщо вміст вільної сірки не вище 0,0015 %, сірководню не більше 0,0003 %.

Загальний вміст сірки мало характеризує корозійну агресивність палива по відношенню до металів при збільшенні вмісту сірки з 0,18 до 1,0 %, але незначне підвищення вмісту меркаптанової сірки з 0,005 до 0,009 %, корозійна агресивність палива майже не змінюється.

Великий вплив на корозійну агресивність дизельних палив надає глибина їх гідроочищення, тому що при цьому разом з сірчистими і ароматичними сполуками видаляються поверхнево-активні речовини, внаслідок чого погіршуються захисні властивості палив. Видалення поверхнево-активних речовин призводить до зниження здатності палива витісняти вологу з поверхні металів і утворювати захисну плівку.

Корозійна агресивність дизельних палив, в основному, залежить від змісту меркаптанової сірки. Так, підвищення вмісту меркаптанової сірки з 0,01 % до 0,06 % збільшує корозію більше, ніж у 2 рази.

Корозійна активність меркаптанової сірки в дизельному паливі істотно залежить від присутності в ньому вільної води і кисню.

Захисні властивості мало залежать від фракційного складу. Зимове і літнє палива, отримані за однаковою технологією, мають приблизно однакові захисні властивості. Причиною підвищеної корозії та зносу є присутність у паливі металів.

Питання для самоконтролю

1. Що таке ДП?

2. Як класифікують ДП залежно від цетанового числа?

3. Які класи ДП встановлено за екологічними показниками?

4. Що являє собою ДП за хімічним складом?

5. Які показники експлуатаційних властивостей для ДП нормуються чинним Технічним регламентом?

6. Що таке цетанове число?

7. Які низькотемпературні властивості ДП?

8. Що таке в’язкість палива?

9. Що таке фракційний склад палива?

10.Як визначають вміст механічних домішок?