Цетановое число – что в звуке этом?
Сегодня мы публикуем еще один рассказ доктора технических наук, профессора, эксперта нашего журнала Вячеслава Евгеньевича Емельянова (1942–2015).
Напомним: цетановое число – это основная моторная характеристика дизельного топлива. Чем оно выше, тем лучше воспламеняется топливо. А слово «моторная» означает, что рассуждать о цетановом числе в отрыве от реального дизеля нельзя.
Воспламеняемость дизельного топлива зависит от его углеводородного состава. Так, парафины воспламеняются относительно легко, а вот ароматические углеводороды, наоборот, с большим трудом (см. табл. 1).
Как видно из таблицы, воспламеняемость альфаметилнафталина принимается за ноль, а цетана (его правильное название гексадекан) за 100. Что касается цетанового числа реального дизельного топлива, то оно будет лежать в указанных пределах.
Подобно октановому числу бензина, цетановое число дизельного топлива определяют на специальной установке с одноцилиндровым двигателем. Только, естественно, не с искровым зажиганием, а с воспламенением от сжатия.
Установка для испытаний имеет предкамерный дизель. Пример такого оборудования – ASTM-CFR производства «Вокеш Мотор Компани». В отличие от установок с непосредственным впрыском топлива фирмы BASF, такая конструкция позволяет более точно определять требуемые характеристики, в частности, уловить начало возникновения стуков. Кстати, в стандарте ИСО оговорены испытания дизельного топлива именно на предкамерном дизеле.
Кроме собственно дизеля, установка оснащена бачками для испытуемого (товарного) и эталонного топлив, датчиком воспламенения, механизмами изменения степени сжатия и угла впрыска.
Условия испытаний следующие: в бачок заливают испытуемое дизельное топливо и разгоняют двигатель до 900 об/мин при расходе топлива 13 мл/мин, температуре всасываемого воздуха 65 °С и температуре охлаждающей жидкости 100 °С.
Опуская излишние подробности, отметим лишь принцип испытаний: изменяя степень сжатия, оператор по приборам отслеживает поведение двигателя. После этого он подбирает эталонное топливо, дающее аналогичные результаты.
Как вы, наверное, уже догадались, эталонное топливо — это смесь цетана с альфаметилнафталином. Все очень просто: если оно содержит 45% цетана, значит его цетановое число равно 45. И так далее.
Что касается эксплуатации, то здесь надо помнить следующее. От воспламеняемости топлива существенно зависит жесткость работы дизеля. А при жесткой работе возрастают нагрузки на подшипники и другие детали, что в итоге приводит к их износу и разрушению. Поэтому способность дизельных топлив к воспламенению является таким же важным показателем для дизелей, как антидетонационные свойства бензинов для двигателей с искровым зажиганием.
Каким же должно быть цетановое число «по жизни»? Тезис «чем больше, тем лучше» тут не проходит. Исследованиями установлено, что при цетановом числе около 60 происходит своеобразное «насыщение» показателей работы двигателя и дальнейшее его увеличение бессмысленно. Специалисты считают, что оптимальное цетановое число лежит в пределах от 50 до 60.
Выше мы провели аналогию между октановым числом бензина и цетановым числом дизельного топлива. Внимательный читатель уже догадался, что между этими величинами существует обратная связь: чем больше детонационная стойкость углеводородного топлива, тем меньше воспламеняемость, и наоборот. Зависимость эта, естественно, нелинейная (см. табл. 2).
Зачем нужно знать цетановые числа бензинов? Ответ прост: для эксплуатации многотопливных двигателей, например, военых. Так, экипажи боевых машин имеют запас специальных присадок, снижающих октановые и повышающих цетановые числа бензинов. И если в месте дислокации нет дизельного топлива, эти машины могут двигаться на бензине.
Записал Юрий Буцкий
