La reperibilità e la qualità del gasolio disponibile sul mercato sono fattori essenziali per l'esercizio dei motori diesel, in quanto un esercizio corretto può essere assicurato solo se il carburante è conforme alle caratteristiche tecniche del motore. Il carburante adatto deve essere inoltre reperibile facilmente e a prezzi ragionevoli.
I motori Diesel MB sono concepiti per carburanti Diesel conformi ai requisiti nazionali ed internazionali (in Europa DIN EN 590).
Gasoli convenzionali
I gasoli convenzionali del tipo in uso da molti anni a livello internazionale per motori diesel veloci, sono composti di idrocarburi, ricavati dalla distillazione frazionata di petrolio nelle raffinerie nella gamma tra 180 °C e 360 °C. Questi composti di idrocarburi possono avere strutture molecolari molto differenziate che presentano ovviamente proprietà diverse.
Costituzione chimica del gasolio
Le possibilità di combinare il carbonio tetravalente C con l'idrogeno monovalente H sono molteplici. Esistono catene lineari o con diversi gradi di ramificazione, nonché svariati sistemi ciclici che possono essere saturi o non saturi; il numero dei composti multipli è anch'esso svariato.
Gli alcani sono idrocarburi saturi con struttura a catena con la formula generale CnH2n+2. Essi vengono chiamati anche paraffine e sono una delle maggiori componenti del gasolio. Le paraffine normali (lineari) presentano buone caratteristiche di accendibilità e fumosità, ma una cattiva fluidità alle basse temperature. A causa della bassa densità, anche il potere calorifico volumetrico è basso. Le isoparaffine (ramificate) hanno invece caratteristiche di accendibilità meno favorevoli ma un migliore comportamento a freddo.
Gli alcheni sono idrocarburi non saturi con struttura a catena (lineare o ramificata) con almeno un legame doppio. In presenza di un legame doppio essi vengono descritti con la formula generale CnH2n. Questi composti, chiamati anche olefine, hanno un comportamento simile alle isoparaffine, tuttavia con il passare del tempo possono provocare la formazione di polimeri solidi.
I cicloalcani sono idrocarburi ad anello saturi con la formula generale CnH2n. Questi composti noti come cicloparaffine o, più propriamente, nafteni hanno un grado di accendibilità mediocre, ma una buona fluidità alle basse temperature. Densità e potere calorifico volumetrico sono medi.
I composti aromatici, idrocarburi ad anello con legami doppi coniugati ciclicamente hanno un basso grado di accendibilità, cattive caratteristiche di fumosità e una mediocre fluidità alle basse temperature. Densità e potere calorifico volumetrico sono elevati.
Requisiti, proprietà, valori caratteristici (DIN EN 590)
Le proprietà del gasolio necessarie per il funzionamento del motore possono essere descritte o definite con maggiore precisione con l'ausilio di valori caratteristici. Questi valori caratteristici, ricavati di regola da processi di controllo standard, pur essendo utilizzabili, non sono tuttavia completamente soddisfacenti per definire gli importanti criteri di qualità richiesti dal gasolio e dalla combustione nel motore. Sulla base di una determinata serie di valori caratteristici di questo tipo, per i quali sono definiti dei valori di tolleranza, vengono elaborate norme per stabilire i requisiti minimi.
L'additivazione del gasolio per il miglioramento della qualità è assolutamente necessaria e ricade fra le responsabilità generali dei produttori di carburante (vedi a tal fine il foglio 119.0 "Additivi e additivi secondari per carburanti").
Grado di accendibilità
Il grado di accendibilità è una delle proprietà più importanti del gasolio. Ciononostante la sua importanza è solo limitatamente paragonabile al potere antidetonante delle benzine. Dal punto di vista tecnico, il grado di accendibilità è l'opposto del potere antidetonante.
Il grado di accendibilità viene espresso in numero di cetano, misurato in base alla norma ISO 5165 (motore CFR) o DIN 51773 (motore di collauda BASF) in un motore di collaudo standard e in condizioni di collaudo predefinite. Il numero di cetano di un gasolio indica che nelle condizioni date il grado d'accendibilità di questo gasolio corrisponde al grado d'accendibilità di una miscela di cetano (esadecano) ed eptametilnonano (DIN 51773 impiega qui 1-metil-naftalene). Questo metodo ha dato buoni risultati per i gasoli convenzionali. "L'indice cetanico", spesso utilizzato, rappresenta invece una grandezza, definita aritmeticamente, ricavata da grandezze fisiche (ad es. densità, curva di distillazione). L'attendibilità di questi valori è tuttavia limitata.
Il ritardo di accensione, ossia l'intervallo tra l'iniezione e l'autoaccensione del gasolio, è un parametro per definire il grado di accendibilità. Un buon grado di accendibilità, ossia un elevato numero di cetano, riduce il ritardo di accensione. Ciò è importante soprattutto all'avviamento del motore, in particolare in caso di avviamento a freddo. Anche la rumorosità del motore, la silenziosità di funzionamento, dipende dal grado di accendibilità. La norma DIN EN 590 fissa un numero di cetano minimo pari a 51. I carburanti di qualità reperibili in commercio presentano tuttavia valori più alti.
Curva di distillazione
La curva di distillazione del gasolio oscilla tra circa 180 °C e 360 °C, con notevoli differenze a livello mondiale. Il comportamento di marcia del motore diesel non è tuttavia condizionato dalla curva di distillazione come il motore a benzina. Se tuttavia una percentuale eccessiva di gasolio evapora solo a partire da circa 350 °C o la fine della distillazione sale eccessivamente ad un valore di circa 380 °C o a un valore ancora superiore, si hanno forti emissioni di fumo. L'ampliamento della curva di distillazione verso il basso è meno critica, tuttavia ci sono limiti da rispettare.
La norma europea sul gasolio riporta tre valori limite, ovvero
fino a 250 °C massimo 65 % in vol. evapora
fino a 350 °C minimo 85 % in vol. evapora
il punto del 95 % in vol. a max. 360 °C
Tenore di zolfo
Il tenore di zolfo nel gasolio è quindi condizionato dalla provenienza del petrolio greggio, dalle tecniche di desolforazione delle raffinerie e da norme e leggi.
Dal punto di vista applicativo è uno dei parametri più importanti per definire un tipo di gasolio, per cui esso viene trattato su un foglio proprio 136.0 "Zolfo nei carburanti diesel". In linea generale il tenore di zolfo va tenuto il più basso possibile.
L'abbassamento del tenore di zolfo, realizzato negli ultimi anni non solo dai Paesi europei ma anche da quelli nordamericani, ha generato la problematica relativa alla capacità lubrificante del gasolio (vedi il paragrafo "Capacità lubrificante"). Ciò è dovuto al fatto che nel processo di desolforazione vengono ridotte anche le componenti del carburante con buone caratteristiche di lubrificazione. La capacità lubrificante del gasolio può essere migliorata con l'impiego di additivi specifici.
Comportamento al freddo
Alle basse temperature esterne la fluidità del gasolio può venire compromessa in seguito a una separazione dei cristalli di paraffina.
I composti di idrocarburi, molto efficaci per il funzionamento del motore diesel, presentano tuttavia un grande svantaggio, ossia essi non sono resistenti al freddo, in quanto formano strutture cristalline già a temperature leggermente al di sotto di 0 °C. Questi cristalli di paraffina si "aggregano", intasando il filtro del carburante, le tubazioni e il sistema di iniezione diesel rendendo impossibile il funzionamento. Spesso è ancora possibile partire, ma successivamente il motore si ferma. Il motore non viene per questo danneggiato e dopo un adeguato riscaldamento il gasolio diventa nuovamente fluido.
Per evitare simili disturbi, nei mesi invernali sono disponibili sul mercato carburanti diesel invernali con un miglior comportamento di fluidità a freddo. Le buone caratteristiche alle basse temperature sono il risultato di un carburante di base di buona qualità e di una corretta additivazione con correttori di fluidità da parte del produttore. Questi gasoli nella maggior parte dei casi sono adatti alle temperature esterne normalmente presenti in zona.
Raccomandiamo di impiegare solo gasoli invernali adeguati al clima locale.
Per gli spostamenti in regioni più fredde si deve fare rifornimento di gasolio all'arrivo sul posto o prima della partenza impiegando gasoli resistenti alle basse temperature disponibili tutto l'anno in determinati mercati. Informazioni sui gasoli resistenti alle basse temperature disponibili tutto l'anno possono essere richieste ai gestori delle stazioni di servizio.
Sui veicoli Mercedes-Benz vengono adottate misure per il riscaldamento rapido del carburante. In caso di qualità del carburante inadeguate in combinazione con temperature molto basse può tuttavia verificarsi un intasamento del filtro.
A livello di misurazione si cerca di rilevare il comportamento a freddo dei gasoli impiegando fra l'altro il punto di intorbidamento (Cloud Point), il punto di scorrimento (Pour Point) e la filtrabilità (Cold Filter Plugging Point). Con questi parametri non è possibile tuttavia determinare univocamente fino a che temperatura un veicolo possa funzionare in modo affidabile.
Oggi viene impiegato generalmente il "valore limite di filtrabilità" basato sul "Cold Filter Plugging Point" (EN 116) per la valutazione delle prestazioni alle basse temperature. Con questo metodo, denominato CFPP, viene definita la temperatura minima, alla quale una certa quantità di carburante fluisce o viene aspirata attraverso un determinato filtro in un tempo predefinito. La norma tedesca prevede per il CFPP i seguenti valori:
Periodo Nota | Fluidità – CFPP – Valore | Nota |
dal 15 aprile al 30 settembre | 0 °C | Gasolio estivo |
dal 01 marzo al 14 aprile e dal 01 ottobre al 15 novembre | -10 °C | Prodotto di transizione |
dal 16 novembre al 28 febbraio (negli anni bisestili 29 febbraio) | -20 °C | Gasolio invernale |
Il Cloud Point è superiore al CFPP e definisce la temperatura dell'inizio della precipitazione di cristalli. In linea di principio è possibile pertanto anche una limitazione della funzionalità a freddo al di sopra del CFPP – in particolare in caso di periodi freddi di lunga durata.
Per tutte le autovetture e i veicoli industriali Mercedes-Benz, l'aggiunta di cherosene o jet fuel per il miglioramento della resistenza al freddo non è più consentita a causa dei possibili effetti negativi sul sistema d'iniezione diesel dovuti alla mancanza di potere lubrificante. L'utilizzo di benzina non è ammesso per motivi di deterioramento del potere lubrificante del carburante e per motivi di sicurezza (riduzione del punto di infiammabilità).
Da tempo sono in commercio fluidificanti sotto forma di additivi (additivi secondari). In generale con un'aggiunta a posteriori non si ottiene l'effetto sperato. Un rifornimento di gasolio con adeguate caratteristiche di resistenza alle basse temperature è pertanto essenziale per un normale esercizio invernale del veicolo.
Per le zone climatiche artiche esiste il cosiddetto gasolio polare resistente alle temperature estremamente basse. Rispetto al gasolio per climi temperati esso si differenzia oltre che per il comportamento alle basse temperature, soprattutto per la densità, la viscosità e il punto di ebollizione.
Densità
In Europa per la densità del gasolio è fissato un valore compreso fra 820 e 845 kg/m3 a 15 °C. Fino alla fine del 1999 come valore limite superiore erano ammessi 860 kg/m3. A livello mondiale esistono ancora mercati dove sono comuni valori così alti, a volte senza valori prescritti per la densità.
I produttori e i fornitori di carburante cercano di garantire un'ampia gamma di valori di densità ammessi.
Un intervallo il più possibile limitato è auspicabile in quanto il carburante viene sì acquistato in volume e la pompa di iniezione funziona su base volumetrica, tuttavia il potere calorifico in genere varia al variare della densità. Con una regolazione della pompa d'iniezione predefinita, con un carburante molto leggero (bassa densità) non è possibile ottenere la potenza necessaria e con un carburante molto pesante (alta densità) non è possibile rispettare i valori di emissione.
Viscosità
La viscosità del gasolio condiziona la fluidità e il grado d'usura nel sistema di iniezione diesel e influisce sulla formazione di aerosol nella camera di combustione. Conformemente alla norma EN, misurata a 40 °C deve essere compresa fra 2,0 e 4,5 mm2/s. Fortunatamente questa ampia banda di tolleranza normalmente non viene sfruttata.
Additivi
Per la durata e la pulizia dei motori e dell'impianto di alimentazione, il mantenimento di valori di emissione favorevoli e un funzionamento complessivamente ottimale del motore, l'uso di gasoli ben additivati rappresenta una misura necessaria e, alla lunga, anche conveniente.
Relativamente all'approvvigionamento con questo tipo di carburanti il singolo cliente deve essere avvertito che le stazioni di rifornimento da lui frequentate vendono prodotti additivati; secondo le informazioni in nostro possesso la vendita dei grandi rifornitori è capillare, e anche le stazioni "indipendenti" ovvero non vincolate a grandi produttori, fanno ampio uso di tali carburanti. I Grandi Clienti dovrebbero porre al centro dell'attenzione la fornitura di merce additivata nell'ambito di trattative bilaterali.
Desideriamo ancora sottolineare che secondo le nostre stime i costi supplementari per il rifornimento di carburante, percentualmente irrilevanti, vengono abbondantemente compensati dal minore fabbisogno di interventi di manutenzione e di riparazione. I tipici reclami che si possono evitare se si usa carburante ben additivato sono ad esempio incrostazioni degli iniettori, danni da corrosione e da usura in tutto l'impianto di alimentazione. Inoltre gli effetti negativi sull'ambiente vengono minimizzati da emissioni con valori costantemente favorevoli.
L'additivazione dei carburanti riveste un'importanza ancora maggiore se si considera la ridotta capacità lubrificante dei carburanti a basso tenore di zolfo (vedi il paragrafo "Capacità lubrificante") Da questi punti di vista l'additivazione ottimale non è più una scelta discrezionale, ma una vera esigenza.
L'additivazione dovrebbe essere eseguita dal fornitore in quanto responsabile della qualità del carburante. L'impiego di additivi secondari (vedi il foglio 119.0) avviene sempre sotto la responsabilità dell'operatore del veicolo poiché il loro uso può compromettere la garanzia sia del produttore del veicolo sia del fornitore del carburante.
Deposito e movimentazione
Le seguenti istruzioni sono rivolte ai gestori di stazioni di rifornimento indipendenti.
Il gasolio è un prezioso vettore di energia. Affinché l'impiego nel veicoli risulti il meno problematico possibile, così come si aspetta il cliente, si raccomanda di rispettare alcune regole tecniche di principio.
Le cisterne di carburante non vanno mai usate alternativamente. Va evitato l'alternarsi di riempimenti con gasolio e con benzina. Se si necessita di entrambi i tipi di carburante vanno installate (almeno) due cisterne chiaramente separate fra loro. Il mancato rispetto di questa regola comporta inevitabilmente effetti di contaminazione reciproci.
Soprattutto i clienti che non acquistano spesso gasolio dovrebbero esaurire completamente la riserva di carburante estivo e di carburante di transizione prima di acquistare il carburante invernale.
È importante che nella cisterna sotterranea non ci siano tracce d'acqua o di sporcizia. Ciò vale soprattutto prima del rifornimento con gasolio invernale. In caso di presenza di impurità, si deve fare eseguire una pulizia della cisterna. Le cisterne sotterranee devono essere controllate a intervalli regolari!
Se si passa da carburante non additivato a carburante additivato, fare assolutamente attenzione alla pulizia dei serbatoi. I detergenti presenti nel carburante additivato, utili per la pulizia degli impianti di alimentazione del veicolo, possono trasportare particelle di sporco provenienti dalle cisterne all'interno degli impianti di alimentazione del veicolo, facendo intasare più rapidamente i filtri.
Il mancato rispetto di queste regole può comportare l'intasamento precoce del filtro carburante e problemi di funzionamento durante la stagione invernale.
Punto di infiammabilità/classe di pericolosità
Secondo la norma ISO 2719, il punto di infiammabilità del gasolio deve essere superiore a 55 °C. Il punto di infiammabilità è la temperatura alla quale i vapori del gasolio possono incendiarsi a causa di una fonte di accensione. Ciò non è rilevante per la combustione del motore, ma è importante per un maneggio sicuro del gasolio. Pertanto per il gasolio vigono requisiti per il trasporto meno rigidi.
Già limitate miscelazioni con benzina fanno notevolmente abbassare il punto di infiammabilità del gasolio. Mentre il punto di infiammabilità del gasolio è superiore a quello della benzina, la temperatura di autoaccensione del gasolio è inferiore a quello della benzina.
Purezza
Il gasolio non deve contenere acidi organici e corpi estranei solidi e presentarsi trasparente a temperatura ambiente.
Per evitare la formazione di corrosione il tenore d'acqua non deve essere superiore a 200 mg/kg. Per impedire che nel gasolio siano contenuti composti organometallici, che coadiuvano l'usura, la percentuale massima di ceneri ammessa è stata fissata allo 0,01% in peso.
I componenti del gasolio tendenti alla formazione incrostazioni carboniose (cokerizzazione) possono provocare notevoli problemi meccanici, ad es. iniettori incrostati e depositi eccessivi nelle camere di combustione. Pertanto il residuo di coke è limitato al 10% del residuo di distillazione.
Capacità lubrificante
L'abbassamento del tenore di zolfo, realizzata negli ultimi anni per motivi ecologici ha implicato la problematica della capacità lubrificante del gasolio, poiché per la necessaria idrogenazione del distillato centrale vengono sottratti miglioratori della lubrificazione naturali presenti nel carburante.
L'aggiunta di miglioratori della lubrificazione era assolutamente necessaria in passato dopo l'abbassamento del tenore di zolfo nel gasolio per prevenire l'usura dei componenti dell'iniezione. Nel frattempo l'aggiunta di questi additivi miglioratori della lubrificazione nei gasoli che contengono estere metilico di acidi grassi ("FAME") non è più necessaria, in quanto il FAME stesso produce un effetto migliorante della lubrificazione.
Nella norma EN 590 il potere lubrificante è regolato da requisiti nel "HFRR-test" ("High Frequency Reciprocating Rig Test") nel quale una sfera viene posta sotto carico su una piastra a vibrazioni indotte e il gasolio da testare viene usato come sostanza lubrificante. Questo test è descritto nel metodo di controllo ISO 12156-1. Come limite massimo ammesso della capacità lubrificante nell'HFRR-test è fissato un valore massimo di 460 µm a 60 °C per l'Europa.
Anche se il metodo è ampiamente accettato nella prassi, sussistono ancora dubbi per quanto riguarda la precisione e l'attendibilità del test (ossia correlazione rispetto alla prassi).
Tenore di FAME
La norma EN 590 consente dal momento della pubblicazione 2009 espressamente la miscelazione di una percentuale max. del 7% in vol. di estere metilico di acidi grassi ("FAME"). Tale operazione non deve avere alcun effetto negativo sulla qualità del gasolio, ossia i requisiti della norma EN 590 dovranno essere comunque soddisfatti. C'è da sottolineare che per la miscelazione in Europa è ammessa solo una qualità di FAME che soddisfi i requisiti della norma EN 14214 per FAME. Per ulteriori informazioni vedi il foglio 135.0 "Estere metilico di acidi grassi (FAME) come carburante diesel".
Microrganismi nel gasolio
In presenza di un alto tenore d'acqua con formazione di una fase d'acqua propria, nel serbatoio del carburante potrebbe verificarsi una contaminazione microbiologica nel serbatoio del carburante. Tempi di fermo di lunga durata agevolano la possibilità di una contaminazione microbiologica. Oltre ai corrosivi prodotti di scarto del metabolismo dei microorganismi, si forma una morchia organica che può ostruire l'impianto di alimentazione del carburante.
I seguenti sintomi fanno presumere che sia presente una contaminazione di microrganismi nel serbatoio del veicolo o nella cisterna sotterranea:
Cambio frequente del filtro carburante, dovuto a perdita di potenza, sostanza gelatinosa nel filtro
Fenomeni massicci di corrosione interna del serbatoio
Altro
Quasi tutte le caratteristiche e i parametri citati sono reciprocamente condizionati. Ciò vale soprattutto per densità, curva di distillazione, viscosità, punto di infiammabilità, comportamento a freddo e grado di accendibilità. Se una di queste proprietà viene modificata, vengono forzatamente alterate anche le altre.