Очень важным условием для работы дизельного двигателя является наличие и качество дизельного топлива. Чтобы обеспечить бесперебойный режим работы, топливо и двигатели должны с технической точки зрения подходить друг к другу. Везде и в любое время должна быть возможность беспроблемного приобретения топлива по доступной цене.
Дизельные двигатели MB рассчитаны на дизельное топливо, соответствующее национальным и международным требованиям (в Европе EN 590).
Обычное дизельное топливо
Обычное дизельное топливо, используемое на протяжении многих лет во всем мире для быстроходных дизельных двигателей, представляет собой углеводородные соединения, образующиеся в диапазоне между 180 °C и 360 °C во время фракционирующей дистилляции нефти на нефтеперерабатывающих заводах. Данные углеводородные соединения могут иметь очень разные молекулярные структуры, обладающие различными свойствами по своей природе.
Химическое строение дизельного топлива
Существуют многочисленные возможности соединения четырехвалентного углерода C с одновалентным водородом H. Имеются неразветвленные цепочки и цепочки разной степени разветвленности, а также различные цикличные системы, которые могут быть насыщенными или ненасыщенными, кроме того, может быть различное число множественных связей.
Алканы представляют собой ациклические насыщенные углеводороды с суммарной формулой CnH2n+2. Они также называются парафинами и образуют большую часть дизельного топлива. Нормальные парафины (линейные) обладают хорошей самовоспламеняемостью и дымообразованием, но плохой холодной текучестью. Из-за низкой плотности также обладают низкой объемной теплотой сгорания. Изопарафины (разветвленные), напротив, обладают меньшей самовоспламеняемостью и лучшими характеристиками при низких температурах.
Алкены представляют собой ненасыщенные ациклические (линейные или разветвленные) углеводороды минимум с одной двойной связью. При наличии одной двойной связи они описываются суммарной формулой CnH2n. Данные соединения, также называемые олефинами, похожи по своим свойствам на изопарафины, хотя путем старения они могут привести к образованию твердых полимеров.
Циклоалканы представляют собой циклические насыщенные углеводороды с суммарной формулой CnH2n. Они, как и циклопарафины или соединения, более известные как нафтены, обладают умеренной самовоспламеняемостью и хорошей холодной текучестью. Плотность и объемная теплота сгорания - средние.
Ароматические соединения, циклические углеводороды с циклически сопряженными двойными связями, имеют незначительную самовоспламеняемость, плохие дымовые характеристики и умеренную холодную текучесть. Плотность и объемная теплота сгорания - высокие.
Требования, свойства, характеристики (DIN EN 590)
Требуемые для работы двигателя свойства дизельного топлива можно либо описать, либо поточнее установить с помощью характеристик. Эти характеристики, основывающиеся как правило на стандартных методах испытаний, представляют собой хотя и пригодные, но не в любом случае полностью удовлетворительные возможности для определения качественных критериев, важных для обращения с дизельным топливом и горения в двигателе. С помощью определенного количества таких характеристик с установленными предельными значениями составляются нормы для минимальных требований.
Добавление присадок к дизельному топливу для улучшения качества является обязательным и находится под общей ответственностью производителя топлива (см. лист 119.0 "Первичные и вторичные присадки для топлива").
Самовоспламеняемость
Самовоспламеняемость представляет собой одно из важных свойств дизельного топлива. По своему значению детонационной стойкости бензинов она, тем не менее, только условно сравнима. С технической точки зрения самовоспламеняемость является противоположностью детонационной стойкости.
Самовоспламеняемость выражается как цетановое число, измеряемое согласно ISO 5165 (двигатель CFR) или DIN 51773 (испытательный двигатель BASF) в стандартном испытательном двигателе при определенных условиях испытания. Цетановое число дизельного топлива показывает, что при заданных условиях самовоспламеняемость данного дизельного топлива соответствует самовоспламеняемости смеси цетана (гексадекана) и гептаметилнонана (в DIN 51773 здесь используется 1-метилнафталин). Этот метод хорошо зарекомендовал себя в стандартных сортах дизельного топлива. Часто используемый "Цетановый индекс" представляет собой напротив расчетную величину, выведенную из физических величин (например, плотность, средняя температура кипения). Их доказательность ограничена.
Задержка самовоспламенения, то есть период времени между впрыском и самовоспламенением дизельного топлива, представляет собой показатель способности к самовоспламенению. Хорошая способность к самовоспламенению, т.е. высокое цетановое число, означает незначительную задержку самовоспламенения. Это важно, прежде всего, при запуске двигателя и особенно при холодном пуске. Шум двигателя, плавность работы двигателя также зависят от способности к самовоспламенению. Согласно DIN EN 590 минимальное цетановое число составляет 51. Однако, в хороших видах стандартного топлива оно выше.
Кривая выкипания
Кривая выкипания дизельного топлива составляет от 180 °C до 360 °C, при этом в зависимости от региона наблюдаются значительные различия. Впрочем, дизельный двигатель по своему режиму работы не так сильно зависит от кривой выкипания своего топлива, как бензиновый двигатель. Если же большая часть дизельного топлива испаряется лишь при температуре выше 350 °C, или температура конца кипения слишком высокая и составляет 380 °C и выше, то это приводит к сильному дымлению. Увеличение кривой выкипания вниз менее критично, но и у него есть пределы.
В стандарте европейского дизельного топлива содержится три предельных значения, а именно
до 250 °C испаряется максимум 65 объемных процентов
до 350 °C испаряется минимум 85 объемных процентов
95 объемных процентов испаряется при максимальной температуре 360 °C
Содержание серы
Содержание серы в дизельном топливе зависит от происхождения сырой нефти, возможностей сероочистки нефтеперерабатывающих заводов и ограничивается стандартами/законами.
Оно представляет собой одну из самых важных технических характеристик дизельного топлива и поэтому описывается на отдельном листе 136.0 "Сера в дизельном топливе". Как правило, содержание серы должно быть минимально возможным.
Обсуждаемое здесь снижение содержания серы, наблюдающееся в последнее время не только в европейском, но и в североамериканском экономическом пространстве, подняло вопрос о проблематике смазочных свойств дизельного топлива (см. раздел "Смазочные свойства"). Это объясняется тем, что в процессе обессеривания также уменьшается количество компонентов топлива с хорошими смазочными свойствами. Смазочное свойство топлива можно в достаточной степени улучшить за счет добавки подходящих присадок.
Низкотемпературные свойства
При низких температурах окружающей среды может ухудшиться текучесть дизельного топлива вследствие осаждения кристаллов парафина.
При общем рассмотрении, самые благоприятные для работы дизельного двигателя углеводородные соединения имеют один большой недостаток: они не хладостойкие, т.е. уже при незначительных минусовых температурах они образовывают кристаллические структуры. Эти "срастающиеся" парафиновые кристаллы забивают топливный фильтр, топливную систему и систему впрыска дизельного топлива и делают, таким образом, эксплуатацию двигателя невозможной. Часто еще возможен запуск, но потом двигатель останавливается. Двигатель не получает повреждений вследствие этого, и после соответствующего прогревания топливо снова становится текучим.
Для предотвращения подобных сбоев в зимние месяцы на рынке имеется зимнее дизельное топливо с улучшенной холодной текучестью. Хорошие свойства при низких температурах основываются на высококачественном основном топливе и надлежащем добавлении присадок для улучшения текучести производителем. В большинстве случаев данные сорта дизельного топлива подходят для использования в диапазоне обычных наружных температур.
Мы рекомендуем использовать только зимние сорта дизельного топлива, адаптированные к локальному климату.
При поездках в более холодные регионы необходимо либо по прибытию на место, либо заранее заправить доступное на определенных рынках всесезонное зимнее дизельное топливо. Информацию о всесезонном зимнем дизельном топливе можно получить у работников АЗС.
В автомобилях "Мерседес-Бенц" реализованы меры для быстрого подогрева топлива. Тем не менее при наличии топлива неподходящего качества в совокупности с очень низкими температурами может произойти закупоривание фильтра.
С метрологической точки зрения имелись попытки определения характеристик сортов дизельного топлива при низких температурах, в том числе с помощью точки помутнения (Cloud Point), точки загустения (Pour Point) и фильтрационной способности (Cold Filter Plugging Point). Однако однозначно сказать, до какой температуры автомобиль можно безопасно эксплуатировать, на основании данных параметров нельзя.
Сегодня, как правило, для оценки свойств при низких температурах "Предельное значение фильтрационной способности" используется после "Температуры прокачиваемости на холодном фильтре" (Cold Filter Plugging Point) (EN 116). При этом методе, именуемом CFPP, определяется самая низкая температура, при которой заданное количество топлива протекает или может быть прокачано в течение определенного времени через определенный фильтр. В соответствии с немецким стандартом для CFPP действуют следующие значения:
Период Примечание | Текучесть – CFPP – Значение | Примечание |
С 15 апреля до 30 сентября | 0 °C | Летнее дизельное топливо |
С 01 марта до 14 апреля или с 01 октября до 15 ноября | -10 °C | Продукт переходного периода |
С 16 ноября до 28 февраля (в високосные года 29 февраля) | -20 °C | Зимнее дизельное топливо |
Точка помутнения находится выше фильтрационной способности и определяет температуру начала осаждения кристаллов. Поэтому принципиально также возможно ограничение возможности передвижения при низких температурах выше фильтрационной способности, в частности, при продолжительном воздействии холода.
Для всех легковых и коммерческих автомобилей Mercedes-Benz добавление керосина или авиационного топлива в дизельное топливо с целью улучшения его низкотемпературных свойств больше не разрешено по причине возможного отрицательного воздействия на систему впрыска дизельного топлива вследствие снижения смазывающей способности дизельного топлива. Использование бензина недопустимо по причине ухудшения смазывающей способности топлива и по причине безопасности (снижение температуры воспламенения).
Уже давно на рынке имеются присадки (вторичные добавки) для улучшения текучести. При добавке, в целом, они не дают желаемого эффекта. Поэтому заправка дизельного топлива с достаточными низкотемпературными свойствами является необходимой для надёжной эксплуатации автомобиля в зимний период.
Для арктических климатических зон существует арктическое дизельное топливо с усиленными низкотемпературными свойствами. Его отличие от дизельного топлива для умеренного климата, кроме низкотемпературных свойств, преимущественно заключается в плотности, вязкости и фракционном составе.
Плотность
В Европе плотность дизельного топлива должна составлять от 820 до 845 кг/м3 при температуре 15 °C. До конца 1999 г. было допустимо верхнее предельное значение 860 кг/м3. В мире по-прежнему есть рынки с подобными высокими значениями или даже без требований к плотности.
Для производителей и поставщиков топлива важен как можно больший диапазон допустимой плотности.
Максимально узкий диапазон является желательным на фоне того, что топливо покупается по объему и топливный насос высокого давления выполняет объемные измерения, но, с другой стороны, теплота сгорания обычно измеряется по увеличению плотности. С очень легким топливом (низкая плотность) невозможно при заданной установке впрыскивающего топливного насоса добиться требуемой производительности, а с очень тяжелым топливом (высокая плотность) соблюсти требования к вредным выбросам.
Вязкость
Вязкость или текучесть дизельного топлива отвечает за процессы течения и предотвращение износа в системе впрыскивания дизельного топлива и влияет на распыляемость в камере сгорания. Согласно стандарту ЕС при измерении при температуре 40 °C она может составлять от 2,0 до 4,5 мм2/с. Данный широкий диапазон допуска, как правило, не используется.
Присадки
Для долговечности и чистоты двигателей и топливных систем, для поддержания оптимальных показателей состава ОГ, равно как и для достижения хороших эксплуатационных показателей, применение сортов дизельного топлива с хорошими присадками - это необходимая, а в долгосрочной перспективе также экономичная мера.
Что касается поставок таких топливных материалов, розничный клиент должен опираться на то, что посещаемые им заправочные станции продают продукты с присадками; согласно предоставленной нам информации все крупные фирмы выполняют это условие, на "свободных" заправочных станциях, не связанных контрактами с крупными поставщиками, это условие выполняется в большинстве случаев. Оптовые покупатели обязаны в процессе двухсторонних переговоров обращать внимание на поставку продукции, содержащей присадки.
Мы обращаем Ваше внимание на то, что согласно нашему опыту незначительные в процентном соотношении расходны на топливо, в значительной мере компенсируются за счет экономии в техническом обслуживании, техническом уходе, а также за счет сокращения ремонтов. Типичные рекламации, которых можно избежать с помощью топлива с хорошими присадками, - это образование нагара на форсунках, повреждения от износа и коррозии во всей топливной системе. Кроме того, вследствие постоянных благоприятных показателей ОГ, достигается меньшее загрязнение окружающей среды.
Также рассматривая проблематику смазочных свойств при использовании топлива с низким содержанием серы (см. раздел "Смазочные свойства"), добавка топливных присадок приобретает еще большее значение. С этой точки зрения, оптимальная добавка присадок - не дополнительная опция, а необходимость.
Добавка присадок должна выполняться поставщиками, т.к. они ответственные за качество топлива. За использование вторичных присадок (см. лист 119.0) самостоятельную ответственность всегда несет лицо, эксплуатирующее автомобиль, так как их применение может негативно сказаться как на гарантии поставщика автомобиля, так и на гарантии поставщика топлива.
Хранение и перегрузка
Следующие указания предназначены, в первую очередь, для тех наших клиентов, которые имеют свою автозаправочную станцию.
Дизельное топливо является ценным энергоносителем. Для того, чтобы его использование в автомобиле происходило, согласно ожиданиям клиента, беспроблемно, необходимо соблюдать определенные основные технические правила.
Топливные баки никогда не должны использоваться попеременно. Переменная заправка дизельным и бензиновым топливом также нежелательна. При необходимости для обоих сортов топлива должны быть установлены (минимум) два четко разделенных топливных бака. При несоблюдении этого условия неизбежны эффекты обоюдного загрязнения.
Особенно клиенты, которые не часто закупают дизельное топливо, перед поставкой зимнего топлива по возможности должны полностью израсходовать их запасы летнего и переходного топлива.
Напольный бак не должен содержать воды или других загрязнений. Это особенно важно перед заполнением бака зимним дизельным топливом. Если присутствуют загрязнения, бак необходимо очистить. Напольные баки необходимо регулярно проверять!
При изменении подачи топлива без присадок на топливо с присадками, необходимо заранее обратить особое внимание на чистоту баков для хранения. Имеющиеся в топливе с присадками детергенты, служащие для очистки топливных систем автомобиля, также могут переносить частицы загрязнений из баков для хранения в топливную систему автомобиля и способствовать таким образом слишком быстрому загрязнению фильтров.
Несоблюдение этого правила может привести к преждевременному загрязнению топливного фильтра и проблемам с управляемостью автомобилем в зимний период.
Точка воспламенения/класс опасности
Точка воспламенения дизельного топлива согласно ISO 2719 должна быть выше 55 °C. Точкой воспламенения является температура, при которой пары дизельного топлива могут воспламениться при задействовании источника зажигания. Для сгорания в двигателе это не имеет значения, но важно для безопасного обращения с дизельным топливом. Данное понятие упрощает условия транспортировки дизельного топлива.
Уже даже небольшие примеси бензина значительно понижают точку воспламенения дизельного топлива. В то время как точка воспламенения дизельного топлива выше чем у бензина, температура самовоспламенения у дизельного топлива ниже чем у бензина.
Отсутствие примесей
В дизельном топливе не должно быть примесей органических кислот и твердых веществ, также при комнатой температуре оно должно быть прозрачным.
Для избежания коррозии содержание воды не должно превышать 200 мг/кг. Для предотвращения содержания в дизельном топливе металлоорганических, провоцирующих износ соединений, было установлено максимальное допустимое значение содержания зольных частиц, составляющее 0,01 весового процента.
Компоненты дизельного топлива, имеющие склонность к нагарообразованию, могут вызвать значительные проблемы с двигателем, например, образование нагара на форсунках и чрезмерные отложения в камере сгорания. Поэтому коксовые остатки ограничиваются 10-процентным остатком дистилляции.
Смазывающая способность
Снижение содержания серы, наблюдаемое в последнее время по экологическим причинам, подняло вопрос проблематики смазывающей способности дизельного топлива, т.к. при необходимом для этого гидрировании среднего прогона также удаляются естественные улучшители смазочных свойств топлива.
После снижения содержания серы в дизельном топливе добавление присадок, улучшающих смазочные свойства, было абсолютно необходимо для избежания встречающегося ранее износа оборудования впрыска. Уже больше нет необходимости добавлять в сорта дизельного топлива, содержащие метилэфиры жирных кислот ("FAME"), эти улучшающие смазку присадки, поскольку метилэфиры жирных кислот (FAME) сами обладают улучшающими смазку свойствами.
В стандарте EN 590 смазывающая способность регулируется требованиями теста HFRR ("Оценка износа на аппарате вибротрибометр"), при котором шарик на пластине под нагрузкой подвергается принудительным колебаниям, где проверяемое дизельное топливо служит смазочной средой. Данный тест описан в методе испытания ISO 12156-1. В качестве максимально допустимого предельного значения смазывающей способности в тесте HFRR для Европы установлено 460 мкм при температуре 60 °C.
Не смотря на то, что данный метод широко распространен в промышленности, еще существуют замечания по точности и достоверности (т.е. соотношение с практикой) теста.
Содержание метиловых эфиров жирных кислот
С момента выхода в 2009 г. стандарт EN 590 допускает добавление не более 7 объемных процентов метилэфиров жирных кислот ("FAME"). Это не должно оказывать негативного воздействия на качество дизельного топлива, т. е. требования стандарта EN 590 следует соблюдать как и ранее. Особенно следует отметить, что в Европе для примеси допускается только качество метилэфиров жирных кислот, соответствующее предписаниям стандарта EN 14214 для метилэфиров жирных кислот. Дополнительная информация приведена в листе 135.0 "Метилэфиры жирных кислот (FAME) как дизельное топливо".
Микроорганизмы в дизельном топливе
При высоком содержании воды с образованием собственной водяной фазы в топливном баке возможно размножение микробов в топливном баке. Длительные простои способствуют заражению микробами. Кроме коррозионных продуктов выделения микроорганизмов также возникает биологический ил, который может закупорить топливную систему.
Следующие симптомы указывают на то, что бак автомобиля или напольный бак заражен микроорганизмами:
Необходима частая замена топливного фильтра по причине потери мощности, скапливания желеобразного вещества в фильтре
Увеличение числа случаев коррозии внутри бака
Прочее
Все упомянутые ранее свойства и характеристики зависят друг от друга. Особенно это касается плотности, кривой выкипания, вязкости, точки воспламенения, низкотемпературных свойств и самовоспламеняемости. При изменении одного свойства, другие тоже неизбежно изменяются.